Solution-Processable Interfacial Layer for Efficient Polymer Solar Cell

Abstract

현재 유기물 기반의 태양전지는 대량생산의 이점, 가벼운 무게, 소형화, 그리고 입사각에 무관한 효율 보장 등의 장점으로 최근 각광받는 소형화된 컴퓨터기기, 즉 웨어러블 기기의 에너지원으로써 각광 받고 있다. 그러나 종래 사용되던 무기물 기반의 태양전지와 비교하여 상대적으로 부족한 효율과 안정성을 증대시키기 위한 연구가 활발히 이루어 지고 있다. 그 일환으로써, 본 논문에서는 유기물 태양전지의 계면에 다양한 계면층들을 도입함으로써 효율의 향상과 안정성 증가로 인한 태양전지 소자의 수명 향상 연구를 진행하였다. 전자 전송층으로써 타이타늄 산화물(TiOx)은 금속알콕사이드를 이용한 물질로써 종래에 사용되던 금속산화물과 유사한 성질을 보이나 열증착법을 이용하여 도입되는 다른 금속산화물과는달리 스핀코팅을 통한 도입이 가능한 물질로써, 현재 많은 응용이 이루어 지고 있다. 타이타늄 산화물(TiOx)은 태양전지의 수명을 비약적으로 향상 시킬 뿐 아니라, 광학적 특성을 향상시키고 음극으로 불필요한 정공의 확산을 막아 태양전지의 효율또한 크게 증진시킨다. 특히 큰 개방전류의 향상을 얻을 수 있었으므로 사용 전에 비해 태양전지의 효율을 크게 향상 시킬 수 있었다. 또한 새로운 전자 전송 박막층을 개발하기 위하여 바나듐 산화물을 타이타늄 산화물과 같은 졸갤법을 통해 제작하였다. 실험결과, 전자전송층으로(ETL) 바나듐 산화물 도입을 통해 증가된 장치의 광전류와 구동전압을 측정한 결과, 전자전송층이 없는 태양전지에 비해 광전류, 구동전압이 모두 향상되어 효율이 크게 증가함을 확인 할 수 있었다. 이 결과로 비추어 볼때, 바나듐 산화물은 우리가 기대하였던 금속알콕사이드의 가수분해 반응을 통하여 불필요한 전기 쌍극자를 형성하는 태양전지 내부의 산소이온들을 제거함으로써 전체적인 구동전압의 향상을 가져올 뿐아니라, 옵티컬 스페이서로써, 전체적인 개방전류의 향상을 일으킨다고 볼 수 있다. 또한 타이타늄 산화물의 경우에도 큰 개방전류의 향상을 얻을 수 있었으므로 위의 방법들을 통하여 태양전지의 효율을 크게 향상 시킬 수 있었다.