[신기술 소개] 솔루션 공정이 가능한 저분자계 세계최고의 고효율 유기태양전지 개발

KIC News, Volume 15, No. 4, 2012

KIC News, Volume 15, No. 4, 2012 39

출 처 : Nature Photonics Vol. 6(2012)180 작 성 : 오 세 용 (서강대학교)

솔루션 공정이 가능한 저분자계 세계최고의 고효율 유기태양전지 개발

A. J. Heeger 그룹에서는 솔루션 공정이 가능한 저분자계 도너 물질인 5,5'-bis[(4-(7-hexylthiophene- 2-yl)thiophene-2-yl)-[1,2,5]thiadiazolo[3,4-c]pyridine]-3.3'-di-2-ethylhexylsilylene-2,2'-bist hiophene; DTS(PTTh2)2와 억셉터 물질로 C71PCBM을 사용하여 세계 최초로 저분자 시스템에서 최고 6.7%의 높은 광전변환 효율을 갖는 BHJ계 저분자 유기태양전지를 개발하였다. 특히 이 디바이스에는 1,8-octanedithiol을 상분리 첨가제로 소량 첨가하였다(0.255v/v). 이와 같은 공정은 같은 그룹에서 이전 Nature Material에 발표한 내용이다(Nature Material Vol. 6(2007)497 A. J. Heeger et al.). 구체적으로 상세히 설명하면 솔루션 공정을 이용한 PCPDTBT:C71PCBM계 고분자 태양전지의 제작 공정에서 1,8-octanedithiol을 소량 첨가하면(24 mgml^-1) 기존의 광전변환효율보다 2배 가까이 증가하는 최고 5.8%의 높은 광전변환 효율을 나타내며 이와 같은 결과는 bulk heterojuction polymer based photo- voltaic cell에서 고분자 활성층의 형태학적 제어를 열처리 없이 상온에서 공정이 가능하다는 장점을 가지 고 있다. 여기서 광전변환 효율이 증가하는 이유는 PCPDTBT 고분자와 C71PCBM 분자의 상분리에 의해 고분자의 재결정이 일어나고 결과적으로 고분자 사슬의 배열이 좋아져서 억셉터 분자에 의한 엑시톤의 분 리 효율이 증가하기 때문인 것으로 사료된다. 본 연구에서는 새로운 솔루션 공정이 가능한 저분자 도너 물 질을 개발하여 저분자계 고효율 유기태양전지의 제작 가능성을 보여주었고 디바이스의 내구성과 제작 공 정 비용 측면에서 저분자계의 유기태양전지의 발전 가능성을 제시한 흥미로운 연구결과라고 사료된다. 또 한 상분리 첨가제를 사용하여 상온에서 간단한 공정으로 도너 물질의 박막 표면의 형태학적 제어가 가능한 새로운 신기술 공정 또한 흥미로운 연구결과라고 사료된다.

출 처 : Nature Materials Vol. 11(2012)44 작 성 : 오 세 용 (서강대학교)