KIC News, Volume 16, No. 2, 2013
KIC News, Volume 16, No. 2, 2013 71 and Bioactuators”, Su Ryon Shin, Sung Mi Jung, Momen Zalabany, Keekyoung Kim, Pinar Zorlutuna, Sang bok Kim, Mehdi Nikkhah, Masoud Khabiry, Mohamed Azize, Jing Kong, Kai-tak Wan, Tomas Palacios, Mehmet R. Dokmeci, Hojae Bae, Xiaowu (Shirley) Tang, and Ali Khademhosseini, ACS Nano, Jan 30, 2013
작성 : 심 봉 섭(인하대학교)
미국 MIT, 그래핀 투명전극 기반 하이브리드 태양전지 개발
- 기존 ITO 투명전극에 비해 효율이 뛰어난 그래핀 전극 기반의 태양전지 제조법 개발 -
미국 MIT의 Silvija Gradecak 교수 연구팀은 기존 태양전지에 이용되는 ITO전극을 대체할 수 있는 그래 핀전극 기반 태양전지를 개발하였다.
그래핀은 원료가 값싼 흑연으로 풍부하며, 특히 뛰어난 투명도 및 전기전도성을 지니고 있어, 기존 투명 전극인 ITO 대체재료로 이용하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 또한, 반도체 단결정 나노선기반 태양전 지는 1차원적 전하 수송 및 정렬된 벌크 헤테로접합 구조를 지니고 있어 효과적인 전하 추출이 가능하기 에, 차세대 태양전지로 큰 각광을 받고 있다. 이에, 그래핀과 반도체 나노선 기반의 하이브리드 제조공정을 개발한다면, 우수한 투명도, 유연성 및 향상된 안정성을 지닌 차세대 태양전지를 개발할 수 있을 것으로 기 대가 된다.
그렇지만, 두 물질 사이의 에너지 레벨 차이로 인해, 그래핀 표면에 기능적, 구조적으로 매끈한 1차원 단 결정 반도체 나노선을 성장시키는 것이 수월하지 않다. 이에, MIT 연구팀은 그래핀을 합성한 후, 층상분자
Figure. (A) ITO와 고분자 코팅된 그래핀 위에 성장한 산화아연 나노와이어 배열 SEM사진, (B) 하이브리드 그래핀- 산화아연 나노와이어 태양전지의 개략도 및 에너지 준위 그림, (C) ITO전극과 나노와이어가 배열된 그래핀 기반 태양 전지의 전류-전압 특성 그래프.
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72 공업화학 전망, 제16권 제2호, 2013
조립법을 이용하여 그래핀 박막전극을 제조하였다. 그리고 ZnO 나노선의 효율적인 성장을 위해, 그래핀 전극 표면에 PEDOT:PSS(PC), RG-1200 두 전도성 고분자를 각각 코팅하였다. 그 다음 나노와이어의 전 구체인 산화아연 용액을 그 위에 균일하게 코팅한 후 수열합성법으로 산화아연 나노와이어를 성장시켰다.
이렇게 제작된 그래핀-나노선 구조와 기존 ITO-나노선 구조를 대조군으로 하여, 각각 PbS 양자점과 전 도성 고분자 P3HT를 각각 광활성층으로 올린 후 태양전지를 제작해 그 성능을 비교 평가하였다. 그 결과, 광활성층으로 P3HT를 사용한 경우, 그래핀 기반 나노선 태양전지의 효율이 기존 ITO 전극 기반 태양전지 의 효율보다 우수함을 보여주었다. 본 결과는 향후 하이브리드 태양전지 연구에 중요한 기초자료가 될 것 으로 기대된다. 본 연구는 미국 화학회지 ｢NANO LETTERS｣에 온라인 판에 공개되었다.
※ 발표논문: “Graphene Cathode-Based ZnO Nanowire Hybrid Solar Cells”, Hyesung Park, Sehoon Chang, Joel Jean, Jayce J. Cheng, Paulo T. Araujo, Mingsheng Wang, Moungi G.
Bawendi, Mildred S. Dresselhaus, Vladimir Bulović, Jing Kong, and Silvija Gradečak, Nano Lett., December 3, 2012, DOI: 10.1021/nl303920b.
작성 : 심 봉 섭(인하대학교)