KIC News, Volume 17, No. 3, 2014
KIC News, Volume 17, No. 3, 2014 61 앞으로 연구진은 박막의 미세 구조의 제어에 의한 발전 효율 향상 연구를 통해 생산성 향상과 비용 절감 을 목표로 하는 개발을 계속할 계획이며, 2015년 시장화할 예정이다.
Figure. AD법에 의한 성막 모식도.
출처: 2014.05.01 AIST(http://www.aist.go.jp/Portals/0/resource_images/aist_j/aistinfo/aist_today/vol14_05/vol14_05_p16.pdf) 작성: 소 대 섭(한국과학기술정보연구원)
JST, 결정 성장 제어에 의해 효율적으로 전하가 흐르는 이상적인 구조의 유기박막 태양전지 실현
일본 과학기술진흥기구(JST) 연구의 일환으로 산업기술종합연구소(AIST)의 미야데라 테츠히코(宮寺哲 彦) 연구원 등은 유기 박막 태양전지의 개발에서 결정 성장 기술을 구사함으로써, 흡수한 빛 에너지를 효율 적으로 전하로 변환하고 효율적으로 전하를 꺼낼 수 있는 이상적인 구조의 발전층을 구축하는데 성공했다.
유기박막 태양전지에서는 양(+)의 전하를 운반하는 도너(doner) 재료와 음(-)의 전하를 운반하는 억셉 터(accepter) 재료가 랜덤으로 섞인 ‘벌크 헤테로 접합(bulk-hetero junction)’이라 불리는 구조가 주류를 이루고 있다. 랜덤으로 섞인 구조 때문에 그동안 발전층을 구성하는 각 재료의 결정 구조 및 섞이는 방법을 제어하기 어려워 발전 효율 향상의 걸림돌이 되었다.
연구진은 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 태양전지에 흔히 쓰이는 결정 성장 방법을 벌크 헤테로 접합 구조의 유기 박 막 태양전지의 제작 방법인 ‘동시 증착법’에 처음 적용했다. 이때, 독자적인 연구로서 ‘비페닐비티오펜’이라 불리는 재료를 템플릿(거푸집) 층으로 하고 그 위에 도너 재료(아연 프탈로시아닌)와 억셉터 재료(플러렌) 을 동시 증착시켰다. 그 결과, 두 재료가 섞이는 방법이나 결정성을 제어할 수 있는 전하가 효율적으로 흐 르는 이상적인 벌크 헤테로 접합 구조를 구축할 수 있었다. 개발된 방법에 의해 효율적인 전하 생성, 전하 취득이 실현되었으며, 광전변환 효율이 1.85%에서 4.15%로 약 2.2배 향상하는 것을 실증했다.
향후 본 방법을 다양한 유기 반도체 재료에 적용, 유기 박막 태양전지의 고효율화를 실현시킴으로써 유 연하면서 저가의 태양전지의 실용화가 가속될 것으로 기대된다. 본 연구 성과는 미국 화학회 발행의 ACS Applied Materials and Interfaces에 게재되었다(※발표논문 참조).
http://www.ksiec.or.kr
62 공업화학 전망, 제17권 제3호, 2014
※ 발표논문: Zhiping Wang, Tetsuhiko Miyadera, Toshihiro Yamanari, and Yuji Yoshida, “Templating effects in molecular growth of blended films for efficient small-molecule photovoltaics”, ACS Appl, April 8, 2014.
DOI: 10.1021/am405740c
Figure. 유기 박막 태양전지의 발전층의 랜덤 구조(기존)와 이상적인 구조.
동시 증착에 의해 제작된 유기 박막 태양전지에서 태양광을 흡수하여 발생한 음양의 전하의 흐름을 나타낸다. 파 란색 사각형: 양의 전하(파란 화살표)를 운반하는 도너 재료, 빨간색 원: 음의 전하(빨간 화살표)를 운반하는 억셉 터 재료.
(a) 기존 방법에 의해 제작된 랜덤으로 섞인 구조. 전극까지 전하의 통로가 깨끗하게 이어지지 않아 전하 이동이 순조롭게 발생하지 않는다.
(b) 부드러운 전하 이동이 실현 가능한 이상적인 구조. 전극까지 전하의 통로가 깨끗하게 연결되어 있다.
출처: 2014.05.08 JST(http://www.jst.go.jp/pr/announce/20140508/index.html#YOUGO2) 작성: 소 대 섭(한국과학기술정보연구원)
JST, 바이오 마커를 구분하여 녹는 겔형 물질을 개발 - 진단 재료 및 약물 방출 재료로서 기대 -
일본 과학기술진흥기구(JST) 연구의 일환으로 교토대학(京都大学) 대학원 공학연구과의 하마치 이타루 (浜地格) 교수 등은 질병의 지표(바이오 마커)가 되는 복잡한 생체 분자를 식별하여 녹는 겔형 물질(하이드 로 겔)을 개발하는 데 성공했다.
하이드로 겔(한천처럼 물을 굳힌 물질)은 생체 적합성이 높아 다양한 의료ㆍ진단 응용이 기대되며 고기 능화가 진행되고 있다. 하지만 하이드로 겔이 식별할 수 있는 바이오 마커는 분자 구조가 단순한 것에 한정 되었다. 또 표적으로 하는 마커마다 응답하는 새로운 겔화제(겔을 형성하는 화합물)를 개발해야 했었다.
연구진은 새로운 겔화제를 개발, 하이드로 겔이 특정 화학 반응에 의해 녹도록 설계했다. 또 겔 안에 그 화학 반응에 필요한 효소를 그 활성을 유지시킨 채 내장했다. 이 겔은 단 한 종류의 겔화제로 제작할 수 있지만, 내장하는 효소를 선택하는 것만으로 표적으로 하는 바이오 마커 분자도 바꿀 수 있다. 그 결과 다 양한 생체 분자(당뇨병, 전립선 암, 통풍의 바이오 마커)를 식별하여 녹는 겔을 제작하는 데 성공했다. 또
