• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.26-26
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• 2010

최근 전세계적으로 청정에너지원에 대한 관심이 크게 높아지고 있어서 고분자 유기태양전지에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 유기태양전지는 용액공정을 통해 태양전지를 쉽게 제조할 수 있고, 반투명성과 유연성 등의 장점을 가지고 있다. 그런데 아직 전력변환효율이 낮은 문제점이 있다. 실용적인 응용을 위해서는 단위소자에서 최소한 10%이상의 효율을 달성해야한다. 본 세미나에서는 유기태양전지의 동작원리를 간단히 설명하고, 효율을 향상시키기 위해 해결해야 할 주요 해결과제에 대해 논의하고자 한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.371-371
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• 2011

태양전지에 대한 관심과 수요가 증가함에 따라 태양전지의 대면적화 및 저가 생산을 위한 유기태양전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 유기태양전지의 대면적화는 현재의 태양전지 시장을 대체하기 위한 중요한 요소 중 하나이다. 기존의 유기태양전지는 주로 스핀코팅법에 의해 제작 되었으나 대면적화 및 유연성 박막 제조 시 공정상 어려움이 있기 때문에 스핀코팅을 대체할 새로운 제조 방법이 개발되고 있다. 그 중, 스프레이 공법을 적용한 유기태양전지 제조방법이 각광을 받고 있으며, 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구는 유기태양전지 제작을 위하여 금속 전극을 제외한 전 공정 (N형 ZnO 층 -P3HT:PCBM 광흡수층-P형 PEDOT:PSS층)을 용액기반의 스프레이 코팅 공정을 적용하여 제작하였다. 스프레이 공정을 통해 코팅한 ZnO, 광활성 및 PEDOT:PSS 박막의 경우, 각각의 표면거칠기는 스핀코팅에 의해 형성된 박막과 유사한 거칠기 값을 가졌다. 최적의 스프레이 공정을 통하여 ITO/ZnO/P3HT:PCBM/PEDOT:PSS/Ag의 구조를 가지는 invert형 유기태양전지를 제작한 결과, AM 1.5G의 광원조건에서 2.95 %의 광변환 효율을 얻을 수 있었다. 이는 기존의 스핀코팅법으로 제작된 소자와 거의 비슷한 성능으로써 저가형□대면적 유기태양전지의 제작 가능성을 보여준 결과이다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.446-446
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• 2013

유기태양전지는 가벼운 무게와 우수한 유연성을 가져 플렉서블 태양전지 및 롤투롤(Roll-to-roll) 인쇄 공정에 대한 적용 가능성 때문에 많은 연구가 이루어지고 있다. 하지만 이종접합 유기태양전지를 상용화하기 위해서는 낮은 전력 변환 효율 (PCE)을 증진하는 연구가 필요하다. 본 연구에서는 간단한 용액공정을 통해 poly (3-hexylthiophene) (P3HT) 나노구조층을 사용하여 indium-tin-oxide 양극 전극/poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate) 정공수송층/P3HT 나노구조층/P3HT 복합체로 제작한 나노구조층/C60 전자수송층 /lithium quinolate 전자주입층/Al 음극 전극 구조의 유기태양전지를 제작하였다. 전류밀도-전압 곡선 결과는 P3HT 복합체 이용한 나노구조층를 가진 유기태양전지의 구조는 평면층을 가진 유기태양전지에 비해서 PCE가 향상됨이 관찰되었다. 유기태양전지는 짧은 엑시톤의 확산거리가 PCE 감소의 주요 원인이 된다. P3HT 복합체를 사용한 나노구조층을 가지는 유기태양전지는 광활성층과 전자수송층 사이의 계면이 넓어지는 효과를 가진다. 계면이 넓어지는 효과를 통해 생성된 엑시톤을 효율적으로 분리할 뿐만 아니라 더 많은 양의 전하를 생성할 수 있기 때문에 전하의 양이 증가되고 더 높은 전류를 생성하여 PCE를 효과적으로 높일 수 있다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.445-445
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• 2013

유기태양전지는 간단한 제조공정, 낮은 제조단가, 가벼운 무게 및 우수한 유연성의 장점을 가지고 있기 때문에 모바일 기기의 응용에 많은 관심을 가지고 있다. 그러나 이종접합 유기태양전지의 광전 변환효율이 낮기 때문에 유기태양전지를 상용화하기 위해서는 광전변환 효율을 높이기 위한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 태양전지의 광전 변환효율을 증진하기 위하여 열처리 시간 변화에 따른 이종접합 유기 태양전지의 특성에 미치는 효과를 조사하였다. 전자 주게 물질인 P3HT와 전자 받게 물질인 PCBM 물질을 특정용매에 녹여 패턴화된 ITO를 코팅한 glass 기판 위에 스핀 코팅 방법을 이용하여 glass/ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al 구조를 가진 이종접합 유기태양전지를 제작하였다. UV-Vis 분광학, X-선 광전자 분광학 및 원자힘 현미경 측정을 하여 제작한 소자의 광학적 및 구조적 특성을 분석하였다. 이종접합 유기태양전지의 우수한 광흡수율과 평탄한 표면을 가지는 최적화 조건을 열처리 시간에 따라 비교 분석하였다. 제작한 소자들을 열처리를 하지 않은 소자와 다양한 시간 동안 열처리를 한 소자의 특성을 비교하였다. 제작한 이종접합 태양전지의 전류-전압 측정 결과를 분석하여 최대의 광전 변환효율을 가지는 최적의 열처리 조건을 결정하였다. 열처리를 할 경우 열처리를 하지 않은 소자보다 광전 변환효율이 증가함을 알 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.398.2-398.2
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• 2014

유기태양전지는 낮은 공정 단가, 저온공정 및 기계적 유연성과 같은 다양한 장점을 지니고 있어서 실리콘 기반의 태양전지를 대체하기 위해서 많은 연구가 진행되고 있다. 유기태양전지는 실리콘 기반의 태양전지에 비해서 낮은 광전변환효율을가지고 있기 때문에 효율을 높이기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 그 중에서 엑시톤 분리 효율을 높이기 위한 방안으로 나노 구조가 많이 연구되고 있다. 하지만 나노 구조를 제작하기 위해서는 식각 과정을 거치거나, 금속 템플레이트를 사용하여 공정상 복잡하고 어려움을 갖는다. 본 연구에서는 간단한 용액 공정을 이용하여 초음파 처리시간 변화에 따른 나노 구조를 가지는 광활성층을 제작하였다. 전자주게 물질인 P3HT를 혼합 용매에 녹여서 초음파 처리를 통해서 나노 구조를 제작하였고, 초음파 처리 시간에 따른 구조의 변화를 광류미네에센스 측정과 원자간 힘 현미경으로 관찰하였다. 나노 구조를 가지는 태양 전지는 엑시톤을 분리할 수 있는 전자주게와 전자받게의 계면이 증가함으로 엑시톤 분리 효율이 향상되는 장점을 가진다. 초음파 처리 사긴 변화에 따른 나노 구조 P3HT 층을 가진 태양전지의 전류밀도-전압 측정을 통해 효율의 변화를 비교하였다. 15분 동안 초음파 처리를 하였을 때, 가장 높은 효율을 가지는 것을 확인할 수 있었고, 나노 구조를 가지지 않는 유기태양전지에 비해서 20% 정도 효율이 향상되는 결과를 볼 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.317.1-317.1
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• 2013

유기 태양전지는 다른 무기계 태양전지에 비해 물질 자체의 쉬운 가공성과 유연한 특성으로 차세대 플렉시블 태양전지로 각광받고 있지만 상대적으로 짧은 수명으로 상용화에 걸림돌이 되고 있다. 현재까지 알려진 유기 태양전지의 짧은 수명의 원인으로는 수분과 산소에 의한 광활성층의 화학적 열화 및 표면의 변화, 전극의 열화, 전자-전공 수송층의 흡습현상 등이 있다 [1]. 본 연구에서는 이러한 이론적인 열화 메커니즘에 기초하여 일정한 수분과 산소 분위기에서 각 단위층들이 열화되는 현상을 광학적, 화학적 분석을 통해 짧은 수명의 원인을 밝혀내고자 한다. 유기 태양전지의 가혹시험은 $85^{\circ}C$의 온도와 85%의 습도 조건에서 이뤄졌으며, 가혹시간에 따른 열화현상 비교를 위해 0, 50, 100, 250, 500 h 동안 시험을 진행하였다. C-O, C=O 결합 형성에 의한 광활성층의 ${\pi}$공액의 변형은 FT-IR(fourier transform infrared spectroscopy)과 XRD (X-ray diffraction) 측정을 통해 분석하였고 변화된 표면 형상은 FE-SEM (field emission scanning electron microscopy) 측정을 통해 관찰하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.467.2-467.2
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• 2014

유기태양전지는 친환경 에너지 소스로써 저가 대량 생산이 가능하고 특히 유연한 기판에 적용이 가능하여 많은 관심을 받고 있다. 그럼에도 불구하고 기존에 사용되는 indium tin oxide (ITO)의 사용으로 인한 유연성 부족으로 대체되는 투명전극의 개발이 요구되어지고 있다. 이로 인해 carbon nanotubes, graphene, thin metals, metal grids, and conducting polymers 등이 연구되고 있으며, 이중 Silver nanowires (Ag NWs)를 이용한 방식도 많은 관심과 함께 전기광학적 특성에 대한 연구가 진행되고 있다. 하지만 유기전자소자에 사용되기에는 몇 가지 문제점이 발생하는데 이를 해결하기 위한 노력이 다양하게 이루어지고 있다. 특히 다양한 물질의 혼합을 통해 개선하고자 하는 노력이 증가하고 있는데 적층구조의 전도성필름 형성을 통해 ITO-free OPVs에서 Ag nanowire를 transparent conductive electrodes로 활용하였다. Ag NWs층과 PEDOT:PSS layer의 복합화를 통해 저가의 ITO-free OPVs용 transparent anodes가 가능해졌다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.596-596
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• 2013

본 연구에서는 Carbon nanotube 용액을 brush-painting 시스템을 이용하여 유연성 있는 PET 기판 위에 고품위의 플렉시블 투명전극을 제작하였다. CNT 박막의 두께에 따른 특성을 알아보기 위해 brushing 횟수를 증가시켜 UV/Vis Spectrometry, four-point probe 및 Hall measurement를 이용하여 전기적, 광학적특성을 알아보았다. 최적조건인 bilayer의 CNT 박막은 244 Ohm/sq.의 면 저항과 550 nm에서 68％의 투과도를 얻을 수 있었다. CNT 박막의 기계적 응력에 따른 전기적 안정성을 알아보기 위해 bending test를 진행하였다. 10,000번 구부려도 저항의 변화가 거의 없어 이 박막이 플렉시블한 소자에 적합하다는 것을 알았다. 유기태양전지의 적용 가능성을 알아보기 위해 CNT 박막을 유기태양전지의 anode 층으로 적용하여 1.6％ (VOC: 0.566(V), $J_{SC}$: 7.118(mA/$cm^2$), Fill Factor: 40.49(％))의 효율을 얻어 유기태양전지 소자의 적용 가능성을 알았다. 최종적으로 실험에서 성막된 CNT 박막은 기존의 CVD공정과 같은 복잡한 공정 대신에 쉽고 간편하게 고품위의 flexible brush-painting Carbon nanotube (CNT) 투명전극을 제작 하여 플렉시블한 유기태양전지 소자의 가능성을 알아보았다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.372-372
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• 2011

은 나노선은 높은 전자이동도, 유연성이 우수하며 전극으로 사용하였을 때 전자의 수집 및 전달에 용이하여, 태양전지, 디스플레이 소자 등에 적용하기 위해 연구되고 있다. 본 연구에서는 에탄올에 20% 희석된 은 나노선 농도를 조절하고 이를 스핀코팅하여 투명전극을 제작하였다. 제작된 투명전극의 투과율과 면 저항의 최적화를 통해 P3HT : PCBM의 흡수층을 이용한 유기태양전지를 제작하여 태양전지의 특성을 분석하였다.

• 한국진공학회지
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• 제16권3호
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• pp.167-171
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• 2007

세계적으로 석유자원의 고갈로 대체 에너지 중에서도 태양전지는 가장 주목받는 기술 중에 하나이며, 크게 무기물 태양전지와 유기태양전지로 구분된다. 그 중에서 유기태양전지의 변환효율은 무기물 태양전지에 상당히 미치지 못하지만, 제작공정의 비용이 낮고, 투명하고 다양한 색을 낼 수 있으며, 유연성을 띠는 장점으로 인하여 무기물 태양전지가 사용될 수 없는 시장을 중심으로 저비용 제품으로 사용될 가능성이 높아지고 있다. 현재 유기태양전지의 효율, 수명, 그리고, 안정성이 태양전지의 보급화에 중요한 이슈이며, 다양한 연구가 진행되고 있다. 본 글은 유기태양전지의 기술적 원리, 현재 개발 동향 및 이슈, 그리고 발전 방향에 대하여 정리하였다.