Soluble Titanium Sub-Oxide Powder as an Interfacial Material for high performance solar cells

Abstract

유기물을 이용한 광전자 소자는 다양한 장점으로 인하여 차세대 소자로 각광받고 있다. 그 중, 공액고분자 (conjugated polymer)와 풀러린 (Fullerene) 유도체의 벌크 이종접합 (Bulk heterojunction)을 이용하는 고분자 태양전지는 경제성, 경량성, 제작용이성에서 장점을 보이며, 특히 구부림이 가능하고 용액기반의 인쇄공정이 용이하기 때문에 차세대 저가형의 에너지원으로 주목 받고 있다. 하지만 고분자 태양전지는 전하이동도가 낮고, 활성층으로 사용되는 공액고분자가 상대적으로 높은 에너지 밴드갭을 가지기 때문에 광전류의 형성에 불리하며, 그로부터 타 태양전지에 비해 상대적으로 낮은 에너지 전환 효율을 보인다. 따라서 실제 상용화를 위해서는 고분자 태양전지의 효율을 향상시키는 것이 중요하다. 이를 위해서 밴드갭이 낮은 고분자를 합성하거나, 모폴로지를 최적화 시키는 과정, 버퍼층을 삽입하는 등 많은 연구들이 이루어 지고 있다. 따라서 본 논문에서는 용액공정을 통한 버퍼층의 도입을 위하여 새로운 타이타늄 분말 계면 소재를 개발하였으며, 이 타이타늄 분말은 Sol-Gel 방법으로 손쉽게 합성하며, 분말상의 상태의 물질로 공기 중에 안정해 필요 시 언제든 알코올 용매에 용해시켜 용액공정이 가능하게 하며, 박막 제조 시 가수분해를 위한 어떠한 추가 공정 없이 제조 할 수 있다. 또한, 투명한 박막을 형성하여 유기전자소자의 계면층으로 도입되어 활성층의 광 흡수를 방해하지 않고 광학 스페이서의 역할을 하여 소자로 입사되는 광 경로의 재분배를 통해 광흡수를 증가시키며, 활성층과 전극 사이에 강한 전기 쌍극자를 형성하여 내부 전기장에 변화를 줌으로써 소자의 효율을 크게 향상시킨다. 따라서, 이러한 타이타늄 분말 계면 소재의 개발은 다양한 광전자 소자의 상업화를 촉진시키는 역할을 할 것으로 기대한다.