Power, Energy
유기태양전지의 성능을 크게 향상시킬 네마틱 액정
장종엽엔에스
2015. 1. 19. 10:31
| KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-01-19 |
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 개량된 태양광 패넬을 위해 새로운 액정(liquid crystal) 물질이 활용될 수 있으며, 이로써 인쇄가능한 유기태양전지의 성능을 더욱 향상시킬 수 있게 되었다.멜버른대학(University of Melbourne) 연구팀이 Nature Communications ("A molecular nematic liquid crystalline material for high-performance organic photovoltaics")지에 게재된 연구에 따르면, 네마틱 액정을 개발을 통해 유기태양전지의 성능을 크게 향상시킬 수 있게 되었다고 한다. 멜버른대학 화학공학과 및 Bio 21 Institute의 교수인 David Jones 박사에 따르면, 이런 전지들은 제조가 더 용이하며 기존의 두께 한계인 200nm보다 2배 증대시킬 수 있는 새로운 결정을 이용하기 때문이라고 한다. 연구팀은 8% 정도이던 이런 종류의 태양전지의 성능을 9.3%까지 개선함으로써 국제 벤치마크 대상인 10%에 근접하였다. 이 뜻은 조만간 태양에너지 분야에서 더 경쟁력을 확보하게 될 것이라는 의미이며, 본 연구성과는 모든 유기물질 분야에서 새로운 활력소가 되고 있다. 인쇄 유기태양전지의 상업화가 더욱 가속화될 것으로 기대할 수 있다. 게다가, LCD 스크린과 같은 분야에서 향상된 성능을 가진 새로운 물질의 개발에도 도움이 될 것이다. 현재 유기태양전지의 기술은 실리콘 기반의 모델에 비해 뒤처져 있는데, 이는 대규모 프린터가 단순화된 기존의 공정과 성능에서 경쟁력이 떨어지기 때문이다. 그럼에도 불구하고 유기태양전지는 어떻게 활용되는냐에 따라 비교할 수 없는 정도의 양성을 제공해 준다. 유기태양전지는 어느 표면적에도 알맞도록 제작이 가능한 반면, 기존의 전통적인 실리콘 기반의 태양전지들은 격자 형태를 유지해야만 한다. 특정 종류의 네타믹 액정이 인쇄가능할 뿐만 아니라 뛰어난 전자특성을 보유하고 있다는 것은 이미 이론적으로 증명된 바 있기 때문에, 오랫동안 이 재료를 활용할 방안을 연구하여 왔다. 본 연구를 통해, 연구팀은 처음으로 네마틱 액정이 고성능 재료로 활용될 수 있음을 보여주었다. 연구팀은 최근 라스베이거스(Las Vegas)에서 개최된 CES(Consumer Electronics Show)에서 차량 및 핸드폰에서인쇄 전자기기의 흥미로운 미래를 볼 수 있었다고 밝혔다. 본 연구는 이런 태양전지의 성능을 개선하여 향후 더 창조적인 제품의 출현을 촉진할 것이라고 연구팀은 밝혔다. 본 연구에는 싱가포르, 중국 및 독일의 연구팀이 함께 참여하였으며, Victorian Organic Solar Cell Consortium, 및 Australian Centre for Advanced Photovoltaics에서 자금을 지원하였다. 그림 1> 기기의 및 광전압 성능. (a) 본 연구에서 사용된 전지의 개략적인 구조. (b) THF 용매 증기 어닐링(THF solvent vapour annealing)의 사용여부에 따른 BTR:PC71BM 벌크-헤테로결합 태양전지의 전류-전압 특성곡선. BTR=benzodithiophene terthiophene rhodanine, PC71BM =fullerene 그림 2> (d) 두 개의 유리 슬라이드 사이에 위치한 얇은 BTR 필름을, 섭씨 185도에서 편광광학현미경으로 관찰한 영상. (e) 동일한 필름을 섭씨 195도에서 관찰한 영상. (f) 섭씨 197도에서 관찰한 영상 그림 3> 형태변화를 유발하는 용매 증기 어닐링(SVA). (a) BTR:PC71BM (1:1 weight ratio) 혼합필름의 표면형상을 AFM으로 관찰한 사진. (b) Defocusing 범위를 3mm로 하여 촬영한 TEM 영상. (c) TEM 자료로부터 컴퓨터로 재구성한 그림. (d) 15 keV의 에너지빔을 사용해 얻은 저에너지 HAADF STEM 영상. (e)-(h) THF SVA 처리 15초 후의 BTR:PC71BM 혼합필름의 AFM, TEM, 컴퓨터 재구성 및 저에너지 HAADF STEM 영상 | |
