전사기술을 이용한 상·하부 소자가 고분자·단분자 활성층으로 이루어진 유기 하이브리드 탠덤 태양전지의 제작

Abstract

본 논문에서는 PDMS 도장을 사용한 개선된 박막전사 기술을 바탕으로 단분자 활성층 위에 유기 용매에 의한 손상 없이 고분자 활성층을 형성하였다. 본 연구에서 소개하는 소자는 유기 하이브리드 탠덤 태양전지의 상부 고분자 활성층을 구현하는 방법으로 박막전사 기술이 적용된 최초의 소자이다. 개선된 박막전사 기술을 이용하여 상부 활성층을 형성한 소자와 하부 소자의 접촉 계면을 확인하기 위해 투과전자현미경을 이용하여 단면을 분석하였다. 이를 통해 박막전사 기술로 형성한 상부 고분자 활성층이 하부 단분자층의 손상 없이 잘 구현된 것을 확인하였다. 제작한 소자의 광전 변환 특성을 확인하기 위해 전류-전압 특성을 측정하고 이를 분석하였다. 제작한 유기 하이브리드 탠덤 태양전지는 각각을 구성하는 내부소자의 개방전압을 합한 값의 98.6%에 달하는 1.46 V의 개방전압 값을 가진다. 소자가 직렬연결 구조를 가진 것을 고려하면 측정된 개방전압 값은 제안한 소자가 가질 수 있는 매우 이상적인 값임을 알 수 있다. 또한, 본 논문에서 소개하는 탠덤 태양전지는 지금까지 보고된 유기 하이브리드 탠덤 태양전지 중에서 가장 높은 효율인 6.26%를 달성하였다. 본 연구에서는 박막전사 기술의 개선을 통해 본 기술의 응용범위를 확장하여 고밴드갭 고분자뿐만 아니라 저밴드갭 고분자도 전사할 수 있도록 하였다. 그리고 이렇게 개선한 기술은 단분자-고분자 유기 하이브리드 탠덤 태양전지를 제작하는데에도 매우 효과적이라는 것을 실험을 통해 증명하였다. 결과적으로 본 논문에서는 그동안 유기 하이브리드 탠덤 태양전지가 가지고 있던 구조적인 제약을 전사기술을 이용하여 해결하였다. 그리고 추후 개발될 물질을 이용하여 더 다양한 활성층 물질 조합과 높은 효율을 갖는 유기 하이브리드 탠덤 태양전지를 제작할 수 있는 가능성을 확인하였다.