에너지/환경

화학연구소, 최고효율 역구조 폴리머 태양전지 제작

발행일 : 2012 / 03 / 28

최근 화학연구소 유기고체연구원 중점실험실은 국가자연과학기금위원회, 과기부, 중국과학원의 지지를 받아 고분자물리화학 국가중점실험실, 화베이(华北)전력대학과 공동으로 저렴한 알코올용해성(alcohol-soluble) 티타늄 킬레이트(titanium chelate) TIPD 수식 ITO 전극을 음극으로 활용하여 역구조 폴리머 태양전지(부품구조와 관련 재료의 분자구조는 그림 참조)를 제작했다.

AM1.5, 100mW/㎠ 태양조사 조건에서 이 역구조 폴리머 태양전지의 에너지 전환율은 7.4%이다. 마찬가지로 활성 층인 기존 정구조 부품의 효율은 6.4%(부품 J-V곡선과 광전지 성능 데이터는 그림 참조)이다. 7.4%는 역구조 폴리머 태양전지로서는 현재까지 문헌 보도된 최고 효율이다.

관련 논문은 Adv. Mater.(2012, 24, 1476-1481)에 발표되었다.

연구원은 2006년 최초로 TIPD를 기존 구조 폴리머 태양전지의 음극 수식층에 활용해 MEH-PPV/PCBM 기반 폴리머 태양전지의 효율을 이와 같은 수식층이 없는 1.66%에서 2.52%로 향상했다.(Appl Phys Lett, 2007, 91: 023509) 이 전극 수식층 재료는 중국 발명특허(‘폴리머 태양전지 및 제조방법’, 특허번호: ZL 2006 1 0089192.3)를 획득했다.

최근 이들 연구원은 또 TIPD를 역구조 폴리머 태양전지에 활용했으며, TIPD 수식 ITO를 음극으로, MoO3/Al를 양극으로, PBDTTT-C/PC70BM의 블렌드막(blend membrane)을 활성 층으로 활용하여 역구조 부품을 제조했다. 한편 TIPD 수식층 열처리 온도의 부품 광전지 성능에 대한 영향을 연구하고, 60oC 열처리 후 TIPD 표면이 친수성에서 소수성(疏水性)으로 변하며, 150oC 처리 10분 후의 수식층 부품 성능이 최고임을 발견했다. 이 최적격 열처리 온도는 기존 부품 PEDOT:PSS 수식층의 열처리 온도와 비슷한 것으로, TIPD 수식층의 향후 유연기판 전극에서의 응용을 확보했다.