NEWS
조회 수 426 추천 수 0 댓글 0
?

단축키

Prev이전 문서

Next다음 문서

크게 작게 위로 아래로 댓글로 가기 인쇄
?

단축키

Prev이전 문서

Next다음 문서

크게 작게 위로 아래로 댓글로 가기 인쇄

- 신재료 개발로 에너지 변환효율과 내구성을 동시에 향상 - 

이화학연구소 창발물성과학연구센터 창발분자기능연구그룹 연구팀은 반도체 폴리머를 도포하여 만드는 유기박막 태양전지(OPV)의 에너지 변환효율(태양광 에너지를 전력으로 변환하는 효율)과 내구성을 동시에 향상시키는 데 성공하였다. 

반도체 폴리머를 p형 반도체재료로서 이용하는 유기박막 태양전지(OPV)는 경량이며 유연하다는 특징이 있다. 그리고 반도체 폴리머를 기판에 도포함으로써 제작할 수 있기 때문에 저비용, 저환경부하 프로세스로 대면적화가 가능하여 차세대 태양전지로서 주목을 받고 있다. 

OPV의 실용화에는 에너지 변환효율과 함께 내구성의 향상이 중요한 과제이다. OPV가 노화되는 요인으로서 빛, 열, 산소, 수분 등을 들 수 있다. 빛 및 산소, 수분에 의한 노화는 자외선을 차단하는 것 및 소자를 봉지하는 것으로 대부분 제어할 수 있다. 한편 태양광이 비추기 때문에 소자의 온도상승을 막을 수 없어 열에 의한 노화를 제어하기 위해서는 재료를 근본적으로 개량할 필요가 있다. 

연구팀은 OPV의 에너지 변환효율을 향상시키기 위해 2014년에 개발한 반도체 폴리머(PTzBT)를 개량하여 태양광을 보다 많이 흡수하는 “PTzNTz”라는 반도체 폴리머를 개발하였다. PTzNTz는 연구팀이 2012년에 개발한 10%의 변환효율을 나타내는 폴리머 “PNTz4T”의 분자구조 일부를 PTzBT에 도입한 반도체 폴리머이다. OPV의 에너지 변환효율을 평가한 결과, PTzBT소자에서는 7%이었지만, PTzNTz 소자에서는 9%까지 향상되었다. 

또한 내구성을 평가하기 위해 이러한 소자를 85도로 가열하여 500시간 보존하였다. 이 때, 빛 및 산소, 수분의 영향을 배제하기 때문에 OPV는 글로브박스에 넣어 차광된 상태로 가열하였다. 이것은 OPV의 내구성 평가법 중 하나이다. 그 결과 PTzBT 소자는 시험개시 수 시간에 에너지 변환효율이 초기값의 반 정도까지 크게 저하되고 500시간 경과 후에는 초기값의 약 40%까지 저하되었다. 

한편 PTzNTz 소자는 500시간 경과 후의 에너지 변환효율이 초기값의 약 90%로 내구성(내열성)이 크게 향상되었다. 그리고 홀 수송성 재료인 산화 몰리브덴(MoOx)을 산화 텅스텐(WOx)으로 변경한 PTzNTz 소자는 500시간 경과 후에도 에너지 변환효율이 거의 저하되지 않았다. 그림2의 데이터로부터 변환효율의 시간변화를 추측하면 1,000시간 경과 후에도 변환효율은 초기값의 90% 이상을 유지할 것으로 예상된다. 이것은 현재 보급된 태양전지에 요구되는 내열성을 만족하고 있다. 즉, 이번에 개발한 OPV는 실용수준에 가까운 내구성을 가질 가능성이 있다. 9%라는 OPV로서는 상당히 높은 변환효율을 나타내고, 이와 같은 높은 내구성을 나타내는 소자에 대한 보고는 없었다. 

이번에 새로운 반도체 폴리머를 개발함으로써 OPV의 에너지 변환효율뿐만 아니라 내구성을 향상시킬 수 있었다. 또한 내열성 시험을 더욱 계속한 결과, 1,000시간 경과 후에도 에너지 변환효은 초기값의 96%를 유지한다는 것을 알았다. 

내구성을 평가하는 가속시험에는 내광성 시험 등 이외에도 몇 가지 있으며, 그것도 해결해야 하지만, OPV에게 가장 장벽이 높은 내열성 시험을 극복한 것은 상당히 큰 진보라고 할 수 있다. 현재 새로운 반도체 폴리머 및 홀 수송성 재료를 개량함으로써 내구성이 향상된 이유는 잘 알지 못하였다. 앞으로 상세하게 조사하여 다음 재료개발에 연결하는 것이 중요한 과제이다. 본 연구의 성과에 의해 OPV의 실용화를 위한 연구개발이 점점 활발하게 될 것으로 기대된다. 

(그림 1) PTzBT(좌)와 PTzNTz(우)의 용액 사진 
(그림 2) OPV의 에너지 변환효율의 시간변화(a)와 OPV의 구조(b) 

KISTI 미리안 글로벌동향브리핑 2015-10-01






List of Articles
번호 제목 글쓴이 날짜 조회 수
409 세포 내 ATP 에너지원 이용, '생체 슈퍼컴퓨터' 관리자 2016.02.29 514
408 갤S7 내달 4일부터 예약판매..기어VR '공짜' 관리자 2016.02.29 352
407 이산화탄소 전환해 아세톤 생산한다 관리자 2016.02.29 401
406 신체 어디에나 붙는 '생체신호 스티커 센서' 개발 관리자 2016.02.04 368
405 "네이버 음성인식·번역 기술, 가져다 쓰세요" 관리자 2016.01.28 396
404 아시아 경제통합을 향한 메가 FTA의 추진 현황과 시사점 관리자 2016.01.27 390
403 2015 UV / EB 보고서 관리자 2016.01.14 384
402 웹 서비스 인증서 암호체계를 SHA-1에서 SHA-2 변경 관리자 2016.01.10 499
401 "삼성, 하반기에 접고 펴는 변신스마트폰" 관리자 2016.01.10 378
400 신도리코, 3D프린터 韓·美·中 동시 출시 관리자 2016.01.10 412
399 [CES 2016 결산] 세계가 주목한 한국 미래기술 관리자 2016.01.10 348
398 올해부터 실소유자 밝혀야 은행 계좌 만든다 관리자 2016.01.02 363
397 칩 하나로 여러 생체신호 분석 삼성 '통합 센서' 세계 첫 양산 관리자 2015.12.30 385
396 국내 연구진, 광소자 표면 부착으로 성능 향상 필름 개발 관리자 2015.12.29 403
395 농어촌 BcN 사업 264억원 투자 예정 관리자 2015.10.05 400
목록
Board Pagination Prev 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 ... 34 Next
/ 34