일본, 박막형 태양전지 효율 최고
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도쿄대, 유기박막형 효율 5.2% 달성 … 고순도에 제조코스트 낮아 일본 기술진이 유기박막형 태양전지의 효율을 세계 최고 수준인 5.2%까지 끌어올리는데 성공했다.도쿄대학대학원 이학계 연구과 Nakamura Eiichi 교수팀은 저분자이면서 열변화형 전자공여체인 BP (Tetra-Benzoporphyrin)와 플러렌 유도체 SIMEF를 이용해 소재를 도포한 pin3층 구조형 유기박막 태양전지를 개발했다. BP 전구체(CP)의 용액 도포 및 열전환으로 이루어진 용액에 불용성 BP인 p층을 형성시키고 SIMEF와 CP를 혼합한 용액을 도포해 연전환ㆍ결정화해 I층을 만든 후 마지막으로 SIMEF n층을 적층해 pin3층 구조를 형성했다. i층의 BP결정은 아래로부터 뻗어나가는 컬럼 구조를 형성해 그랜드캐년 협곡을 연상시키는 전체 구조를 SIMEF가 메우는 <컬럼-캐년 구조>를 나타냈다. BP결정의 컬럼 직경은 약 2.5nm, 높이는 6.5nm로 효율적인 전자와 정공의 생성 및 수송으로 이루어져 태양전지의 고성능화에 기여할 것으로 기대되고 있다. 전자공여체로 사용된 BP는 안료로써 광범위하게 사용되고 있는 소재로 내열성이 뛰어나 저코스트이면서도 고순도화가 용이한 이점을 가지고 있으나 지금까지는 유기용제에 용해되기 어려워 진공증착으로 제조하는 것이 일반적이었다. 이에 Nakamura 교수팀은 전구체 CP가 유기용제에 녹아 180도에 가까운 온도에서도 BP로 열전환하는 점을 이용해 진공증착에 비해 저코스트인 도포형 프로세스를 개발했다. 전자공여체로 개발된 SIMEF는 CP에서 BP로의 열변환에도 기여하는 것으로 확인됐다. 나노구조를 형성하는 결정화 온도와 최적의 분자궤도를 보유한 플러렌 유도체의 설계를 통해 고분자계에서 불가능했던 소재 설계가 가능해졌으며 수년 후에는 플렉서블한 유기박막형 태양전지의 양산이 가능할 것으로 기대되고 있다. <화학저널 2009/10/12> |
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