에너지/환경

고성능 유연성 유기태양전지 개발

발행일 : 2019 / 11 / 07

난카이대학교 화학대학 천융성(陈永胜) 연구팀은 높은 전기전도성과 투과성, 낮은 표면조도를 동시에 구비한 은나노 와이어 유연성 투명전극을 제조하여 유연한 유기태양전지 구축에 사용한 결과 상업 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide, ITO) 유리전극을 사용한 장치와 동일한 성능을 획득했고 광전 변환(photoelectric conversion)효율은 16.5%에 도달했다. 이로써 기존 유연성 유기/고분자 태양전지가 기록한 광전변환효율 최고치를 경신했다. 해당 성과는 “Nature Electronics”에 게재되었다. 유연성 전자장치 특히 유기재료 기반 광전장치는 미래 전자장치의 발전추세로서 밝은 응용전망을 보유한다. 그 중 고성능 유연성 투명전극은 고효율 유연성 유기광전장치의 선결조건이다. 하지만 높은 전기전도성과 투과성, 낮은 표면조도를 동시에 보유하면서도 제조방법이 간단하고 친환경적인 유연성 투명전극 획득은 아직도 어려운 문제로 남아있다.

고성능 유연성 투명전극의 부재로 현재 유연성 유기광전장치 성능은 여전히 강성(rigidity)장치에 비해 많이 뒤떨어진 상황이다. 유연성 투명전극은 일반적으로 건식법(예를 들면 증착) 또는 용액처리[예를 들면, 슬릿 프린팅(Slit printing), 나노임프린트(nanoimprint) 또는 전기방사(electrospinning) 등] 공법으로 제조한다. 용액처리 방법은 건식법에 비해 원가가 저렴하고 대규모 프린팅 제조가 가능한 등 장점이 있어 잠재적 발전성이 크다.

연구팀은 고분자 전해질로 “유사격자” 구조를 보유한 은나노 와이어 유연성 투명전극을 제조해 우수한 성능을 구현했다. 동 유연성 투명전극은 표면조도가 낮고 기계적 성능 및 안정성이 양호하며 제조방법이 간단하고 친환경적이다.

해당 유연성 투명전극의 유기광전장치에서의 실용성을 입증하기 위해 연구팀은 해당 유연성 투명전극 기반 유연성 유기태양전지를 제조했다. 연구 결과, 해당 전극은 다양한 유형의 활성재료 및 단접합(unijunction)/적층 태양광발전장치에 적용 가능했다. 단접합/적층 유연성 유기태양전지의 광전변환효율은 각각 13.1%와 16.5%에 도달했고 기계적 성능도 양호했는바 연속 1,000회 굽힌 후에도 초기효율의 95% 이상을 유지했다.

저원가 고성능 유연성 투명전극은 유기태양전지 외에 유기발광다이오드(OLED), 트랜지스터, 센서 등 분야에서도 광범위한 응용잠재력을 보유한다.