[신기술 소개] Low Bandgap 고분자를 이용한 텐덤구조의 고효율 고분자 솔라 셀 개발

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출 처 : 에코저널(2012.04.25.) 작 성 : 조 영 민(경희대학교)

Low Bandgap 고분자를 이용한 텐덤구조의 고효율 고분자 솔라 셀 개발

UCLA Yang Yang 그룹에서는 새로운 low bandgap 공액계 고분자를 개발하였다. 즉 Yang Yang 그룹 에서 새롭게 합성한 고분자의 명명은 다음과 같고 poly{2,6'-4,8-di(5-ethylhexylthienyl)benzol-[1,2- b;3,4-b]dithiophene-alt-5-dibutyloctyl-3,6-bis(5-bromothiophene-2-yl)pyrrolo[3,4-c]pyrrole- 1,4-dione](PBDTT-DPP Figure a), 이 고분자를 p형 활성층으로 사용하고 억셉터로 PC

BM을 사용한 BHJ single layer 구조의 organic photovoltaic cell의 광전변환 효율은 6%를 나타내었다. 본 연구에서 개 발한 PBDTT-DPP 고분자는 1.44 eV의 낮은 밴드갭을 가지고 있으며 높은 정공 이동도를 나타내고 있고, 위에서 달성한 6%의 광전변환 효율은 단일 적층구조의 organic photovoltaic cell에서 매우 높은 효율이다.

또한 아래 그림에 나타낸 Inverted tandem cell(C)에서 세계 최고의 8.62%의 광전변화효율을 달성하였다.

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(PTTh

)

와 억셉터 물질로 C

PCBM을 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:C

PCBM계 고분자 태양전지의 제작 공정에서 1,8-octanedithiol을 소량 첨가하면(24 mgml

) 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 C

PCBM 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)