초록 ▼

연구개요
본 연구는 유기 반도체를 기반으로 하는 유기 환원/산화 광전극을 개발하고 이를 통합하여 태양연료를 생산할 수 있는 탠덤 소자를 구현하는 것을 목표로 함.
1) 산화반응을 유도할 수 있는 광전극용 유기 반도체(전도성 고분자)를 개발.
2) 반응의 선택성을 높이고 추후 태양연료의 분리를 용이하게 하기 위한 유기촉매 개발.
3) 본 연구에서 개발한 소재를 활용한 기판/전자 수송층/유기 반도체/유기촉매 형태의 산화 광전극 개발
4) 유기 환원광전극과 본 연구에서 개발된 유기 산화광전극을 결합하여 탠

연구개요
본 연구는 유기 반도체를 기반으로 하는 유기 환원/산화 광전극을 개발하고 이를 통합하여 태양연료를 생산할 수 있는 탠덤 소자를 구현하는 것을 목표로 함.
1) 산화반응을 유도할 수 있는 광전극용 유기 반도체(전도성 고분자)를 개발.
2) 반응의 선택성을 높이고 추후 태양연료의 분리를 용이하게 하기 위한 유기촉매 개발.
3) 본 연구에서 개발한 소재를 활용한 기판/전자 수송층/유기 반도체/유기촉매 형태의 산화 광전극 개발
4) 유기 환원광전극과 본 연구에서 개발된 유기 산화광전극을 결합하여 탠덤 (Tandem) 소자를 제작하고 이를 통해서 무전력 태양 연료 생산 시스템 구현.

연구 목표대비 연구결과
1. 소재 개발
-HOMO 에너지 레벨이 낮은 p타입 전도성 고분자를 성공적으로 합성하였고 이를 기반으로 하여 다양한 BHJ를 태양연료 생산용 유기 산화광전극에 도입함. -합성 조건을 다변화하여 국내에서 단종된 고분자형 산화환원 중계물질인 PIPO를 성공적으로 직접 합성함.

2. 소자 최적화
-소재 개발 단계에서 확보된 다양한 BHJ를 이용하여 기초적인 유기 산화광전극을 개발함.
-희생산화물을 사용하여 이러한 기초 유기 산화광전극의 효율적인 구동 조건을 확립함.
-이러한 유기 산화광전극 표면에 유기촉매를 용액 공정을 통해 도포하여 고부가 가치 화합물을 생산할 수 있는 유기 산화광전극 개발을 시도함.

3. 탠덤 시스템 구현
-산화광전극과 환원광전극을 같은 전해질 내에 위치시키기 위해서 새로운 유기 환원광전극을 개발함.
-개발된 수소 생산용 유기 환원광전극과 기존에 보고된 산소 생산용 유기 산화광전극을 탠덤 형태로 연결하고 이를 통해서 무전력으로 광전기화학 반응이 가능하다는 것을 보고함.
-앞서 확보된 탠덤 소자 구현 방식을 바탕으로 하여 수소 생산용 유기 환원광전극과 고부가 가치 화합물 생산용 유기 산화광전극을 결합하여 탠덤 시스템을 구현하는 시도를 함.

연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
- 유기반도체의 HOMO 에너지 레벨을 낮추는 연구는 유기태양전지 분야에서 많이 보고되었으나 널리 사용되는 전극이나 전하 수송층의 에너지 레벨 때문에 낮출 수 있는 한계 영역이 있었음. 실제로 PBDTTTPD-Cl과 같은 고분자도 태양전지 분야에서 보고된 적이 있으나 소자 작동에 유리한 에너지 레벨을 형성할 수 없어서 효율도 낮고 추가 연구가 진행되지 않았음. 하지만 본 연구에서는 HOMO 레벨을 더 낮추는 것이 태양연료 생산을 위한 산화반응에 유리할 수 있다는 것을 확인하였기 때문에 소재 합성 분야에서 새로운 연구추진 방향을 제시하였다고 판단할 수 있음.
- 이를 통해서 기존 유기 소자들과는 다른 형태의 소재 개발이 향후 지속적으로 진행될 것이라 예상함.
- 유기 탠덤 광전극 시스템은 본 연구과제에서 세계 최초로 보고하였기 때문에 해당 분야에서 본 연구실이 기술적으로 우의를 점할 수 있게 하기 때문에 산업계에서 중요성을 가진다고 평가할 수 있음. 또한 관련 연구 분야에서 새로운 벤치마크를 제시한 것이기 때문에 학계에서도 의미를 가진다고 판단할 수 있음.
- 산화환원 중계물질을 내포하는 고분자형 유기촉매의 개발에 따라서 관련 연구 분야에 큰 관심을 불러일으킬 수 있을 것으로 예상함. 특히나 TEMPO 이외의 다른 유도체를 고분자에 도입하고 이를 통해서 새로운 태양연료 생산이 가능해진다면 관련 연구 분야의 확장에 크게 기여할 것으로 예상함.
- 또한, 향후에 이러한 유기 산화광전극을 이용하여 기존의 전기화학적 방식으로 수득하던 물질의 생산을 대체한다면 친환경적인 방식의 물질 생산을 이끌어낼 수 있기 때문에 관련 시장 형성에 기여할 것으로 예상함.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• (1) 연구개발의 목적 및 필요성 ... 4
• (2) 연구 가설 및 연구 범위 ... 4
• (3) 연구 최종 목표 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• (1) 이론적·실험적 접근 방법 ... 5
• (2) 연구개발과제 수행 과정 및 내용 ... 6
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 8
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 8
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 9
• 3) 목표 달성 수준 ... 9
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 10
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 11
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 11
• 6. 자체점검표 ... 12
• 7. 참고문헌 ... 12
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 13
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 14
• 끝페이지 ... 17