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 Home > Community > News > [Press Release] Universal Architecture for Organic Solar Cells

 제목 |  [Press Release] Universal Architecture for Organic Solar Cells
 작성자 |  Admin   작성일 |  2015/10/19 11:09 am

 <link to the press release><press release in English>

 

[오늘의 과학자]널뛰는 유기태양전지 효율 '나노구조체'로 바로잡다

(왼쪽부터)조길원 교수, 조새벽 박사/사진=포스텍


'유기태양전지'는 차세대 에너지소자로 주목을 받고 있지만, 물질 특성에 따라 효율이 오락가락하는 변덕스러운 성질 때문에 산업화에 적잖은 애로를 겪어 왔다.

즉, 유기태양전지에 사용되는 반도체 고분자는 물질마다 고유의 전기·광학적 특성이 달라, 생성된 광전류를 손실 없이 얻기 위해서는 최적화 과정을 통해 매번 새로운 소자 구조를 개발해야 한다는 부담이 크게 작용해 왔던 것.

이를 해결할 솔루션을 포스텍(옛 포항공대) 화학공학과 조길원 교수, 조새벽 박사로 이뤄진 연구팀이 18일 내놨다.

조 교수 연구팀은 유기태양전지가 빛을 받아 생성한 전류는 미세한 전기장의 변화에 민감하게 반응한다는 점을 응용해 새로운 소자구조가 필요하다는 단점을 극복하고, 효율을 정밀하게 조절할 수 있는 새로운 범용 구조를 개발했다고 이날 밝혔다.

[오늘의 과학자]널뛰는 유기태양전지 효율 '나노구조체'로 바로잡다

이번 연구성과는 재료과학분야 학술지인 '어드밴스드에너지머티리얼스' 9일자 표지논문으로 게재됐다/사진=포스텍
연구팀은 우선, 강유전성 고분자를 이용하면 박막 내의 쌍극자를 한 방향으로 정렬할 수 있다는 점에 착안해 반도체 고분자의 광활성층과 전극 사이에 '강유전성 나노복합박막'을 하나 더 만들었다.

여기서 '강유전성'은 전기장을 가해서 분극 방향을 바꿀 수 있는 특성, '쌍극자'는 성질이 서로 반대이고, 크기가 같은 것이 가까이에 있을 때를 말한다.

이렇게 삽입된 막은 반도체 결정에서 자유전자가 빠져나간 빈 상태의 구멍을 뜻하는 정공과 생성된 전자가 각각 양극과 음극으로만 흐르게 하는 전류의 '수도꼭지' 역할을 하기 때문에 광전류의 손실을 최소화 할 수 있다.

이를 통해 수 밀리 초의 짧은 외부전기장을 서서히 더해주는 것만으로 소자 전체의 광기전력(반도체에 빛을 쬐었을 때 발생하는 전압)을 체계적으로 제어하고, 각 반도체 고분자 물질마다 최적의 광전류를 효과적으로 추출할 수 있다.

연구팀은 이 기술을 통해 기존 태양전지에 비해 생성된 광전하의 수명을 80%이상 늘리고, 효율은 최소 10%에서 최대 400%까지 높일 수 있다고 설명했다.

조 교수는 "이번 연구는 새롭게 개발되는 모든 유기반도체에 적용 가능한 소자구조의 모델을 처음으로 제안한 것"이라며 "고효율·저비용의 인쇄용 플렉시블 유기태양전지 개발에 기여할 것"이라고 말했다.

이번 연구성과는 재료과학분야 학술지인 '어드밴스드에너지머티리얼스' 9일자 표지논문으로 게재됐다.
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