유기물을 이용한 태양전지의 응용

소개글

유기물을 이용한 태양전지의 응용에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 서 론

2. 유기 반도체의 정의와 특징
1) 전통적인 무기반도체의 특징
2) 유기 반도체의 정의
3) 태양전지 활물질로서 유기반도체의 정의
4) 유기태양전지 연구의 기술 융합적 특성

3. 고분자 태양전지의 원리
1) 태양전지의 구성
2) 태양전지의 원리
3) 태양전지의 특성 변수

4. 유기 태양전지의 종류
1) 선형/판형 계면을 이루는 유기태양전지
2) 계면적을 증가시킨 유기태양전지
3) 염료 응답형 유기태양전지
4) 대칭형 유기태양전지

5. 고분자 전해질과 고분자 전해질 태양전지의 개발현황
1) 고분자 전해질
2) 고분자 전해질 태양전지의 개발현황

6. 결 론

참고자료

본문내용

/cm2에서 Voc = 0.664 V, Jsc = 7.2 mA/cm2, FF = 0.58, η = 4.2%의 높은 효율을 보여주었다 (그림 11).
그림 10. Epychlomer 고분자 전해질을 이용한 염료응답 태양전지의 IPCE 스펙트럼. 빛을 쬐여준 방향 : 광전극 (■), 대전극 (●)
그림 11. PEO/TiO2/LiI/I2 고분자 전해질을 이용한 염료응답 태양전지의 전류-전압곡선
한편 어느 연구 그룹에서는 높은 이온전도도 (~10-5 S/cm)를 보이면서 물리적 성능이 우수한 고분자 전해질을 개발하고, 또한 이를 효과적으로 염료응답 태양전지에 응용할 수 있는 기술을 개발함으로써 더욱 향상된 에너지 전환 효율을 보여주었다. 제조된 태양전지는 100 mW/cm2에서 η = 3.5%, 10 mW/cm2에서 η = 8.1%의 매우 높은 효율을 보여주었다.
5.2.2 가소화된 고분자 전해질 태양전지
가소화된 고분자 전해질은 고체 고분자 전해질에 비해 높은 이온전도도를 보이고, 또한 가소제의 도움으로 TiO2 입자와의 접촉이 좋아 보다 높은 태양전지 성능을 보인다. 가소화된 고분자 전해질을 이용한 태양전지는 1995년 Searson 그룹에 의해 처음으로 발표되었다. 이들은 고분자 매질로 PAN, 산화 환원쌍으로는 NaI/I2를 사용하였으며, 염을 해리시키고 이온을 전달하는 역할을 하는 유기용매로는 EC/PC를 사용하였다. 30 mW/cm2에서 Voc = 0.58 V, Jsc = 3.4 mA/cm2, FF = 0.67, η = 4.4%의 성능을 보여주었으며, IPCE 값이 최대 37% 정도로써 액체 전해질 태양전지의 경우보다 반정도의 효율을 나타내었다.
1996년 일본의 Matsumoto 그룹은 poly(oligo-ethylene glycol methacrylate) (PMEO)/ethylene glycol (EG)/LiI/I2 전해질을 이용하여 2가지 방법으로 태양전지를 제조하였다. 첫 번째 방법으로는 MEO, EG, LiI 및 개시제를 섞어 용액을 제조한 후, TiO2 필름을 1시간 동안 담가 놓은 뒤 UV로 조사하여 고분자를 중합하였다. 그 뒤 I2 용액에 담가 태양전지를 제조하였다. 두번째 방법으로는 먼저 MEO를 중합하여 PMEO를 만든 뒤, EG, LiI, I2 를 같은 용매에 녹여 염료응답 TiO2 필름에 캐스팅하여 태양전지를 제조하였다. A 방법에 의해 제조된 태양전지는 (Voc = 0.37 V, Jsc = 0.18 mA/cm2, FF = 0.63, η = 0.45%)로 B 방법에 의해 제조된 전지 (Voc = 0.22 V, Jsc = 0.12 mA/cm2, FF = 0.58, η = 0.15%) 보다 높은 성능을 보여주었다. 1999년 De Silva 그룹은 고분자 전해질로 PAN/MI/I2/PC/EC (M+ = Li+, Na+, K+, Cs+, tetrabutylammonium+)을, 전극으로 SnO2/ZnO 복합막을 사용함으로써 염료응답 태양전지를 제조하였다. 양이온의 종류에 따라 태양전지의 성능이 달랐으며, 특히 Cs 이온을 사용하였을 때 가장 높은 효율을 나타내었다 (100 mW/cm2에서 4.1%, 10 mW/cm2에서 9.0%를 나타내었다). 2002년 Gratzel 그룹은 poly(vinylidenefluoride-co-hexafluoropropylene) (PVdF-HFP)와 1-methyl-3- propylimidazolium iodide (MPII)를 이용하여 가소화된 고분자 전해질을 제조하였으며, 염료응답 태양전지에 응용하였다. 이를 이용한 염료응답 태양전지의 전류-전압 곡선과 IPCE 곡선이 그림 12에 나타나 있다. 100 mW/cm2에서 Voc = 0.67 V, Jsc = 11.3 mA/cm2, FF = 0.67, η = 5.3%의 성능을 나타내었으며 540 nm에서 74%의 아주 높은 IPCE 값을 보여주었다.
그림 12. 가소화된 고분자 전해질 (PVdF-HFP/MPII/I2)을 이용한 염료응답 태양전지의 전류 전압 곡선과 IPCE 곡선
6. 결론
기존의 무기물 태양전지에 비해서 고분자를 기본으로 하는 태양전지는 가공성, 유연성, 대면적의 용이함 등으로 인한 태양전지의 저가화 가능성의 이점을 가지고 있기 때문에 많은 관심을 받고 있다. 현재 고분자를 이용한 태양전지의 에너지 전화 효율은 A.M. 1.5 조건 하에서 3%에 도달하고 있다. 이 값은 무기물 태양전지에 비해서 그렇게 높지 않지만, 과거 10년간의 발전 속도와 현재까지 축적된 기술과 역량으로 볼 때, 이를 상용화하는데 많은 시간이 걸리지 않으리라고 보여 진다. 그리고 최근의 수 년 간의 세계적인 연구 경향을 보면 고분자 태양전지에 대한 연구가 2~3년 동안에 급증했음을 알 수 있다. 이 사실은 고분자 태양전지의 미래가 밝음을 반영한다고 할 수 있다. 하지만 고분자 태양전지가 현실화되기 위해서는 아직까지 많은 장벽이 남아 있다. 고분자 내에서의 전하의 생성 효율 향상, 전하의 이동도 향상 등의 문제 인데 현대 이러한 면에 중점을 두고 많은 연구가 진행되고 있는 중이다. 그러므로 고분자 발광소자의 발전이 그러했듯이 고분자 태양전지의 현실화도 머지 않았다고 생각되면 그것을 반영하는 새로운 결과들이 계속 나타날 것으로 기대된다.
참고문헌
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박남규 Polymer Science and Technology 2003, 14, 407
김희주, 이광희 Polymer Science and Technology 2003, 14, 15
강용수, 김종학 Polymer Science and Technology 2003, 14, 411
김정용, 정인재, 김영철, 유재웅 Polymer Science and Technology 2004, 15, 618
신원석, 진성호 Polymer Science and Technology 2006, 17(4), 416-424
學 士 學 位 論 文
유기물을 이용한 태양전지의 응용
(Application of solar cell which uses organic compounds)

키워드

태양전지,   유기물,   고분자,   신소재,   졸업논문