수처리로 효율적인 대규모 유기 태양 전지의 길을 열다
날짜:
2022년 9월 15일
원천:
GIST(광주과학기술원)
요약:
활성층 박막의 형태 제어를 위해 물을 사용하여 연구자들은 대면적, 고성능 유기 태양 전지를 개발합니다.
유기 태양 전지(OSC)는 경량, 유연성 및 높은 전력 변환 효율로 인해 매력적입니다. 그러나 활성층의 형태 제어가 부족하여 활성 영역이 큰 OSC를 개발하기가 어렵습니다. 이제 한국 광주과학기술원의 연구원들은 활성층 박막 제조에서 형태 제어를 위한 수처리를 사용하여 대면적 OSC의 성능과 안정성을 개선함으로써 다음 단계로 나아가고 있습니다.
유기 고분자를 이용하여 태양광을 전기로 변환하는 유기태양전지(OSC)는 차세대 에너지원으로서 바람직한 특성으로 최근 주목받고 있다. 여기에는 경량, 유연성, 확장성 및 높은 전력 변환 효율성(>19%)이 포함됩니다. 현재 OSC의 성능과 안정성을 향상시키기 위한 몇 가지 전략이 있습니다. 그러나 여전히 남아 있는 문제는 OSC에서 넓은 영역으로 확장할 때 활성층의 형태를 제어하기 어렵다는 것입니다. 이로 인해 고품질 활성층 박막을 얻고 장치 효율을 미세 조정하는 것이 어렵습니다.
최근 연구에서 한국 광주과학기술원 연구팀이 이 문제를 해결하기 시작했습니다. Advanced Functional Materials 에 발표된 그들의 연구에서 , 그들은 언뜻 보기에는 다소 직관적이지 않은 것처럼 보이는 솔루션을 제안했습니다. 즉, 활성층 형태를 제어하기 위해 수처리를 사용하는 것입니다. "물은 유기 물질의 '트랩 상태'에 남아 전하 흐름을 차단하고 소자 성능을 저하시키기 때문에 유기 전자 소자의 성능을 방해하는 것으로 알려져 있습니다. 그러나 우리는 유기 용매보다 물을 사용하는 것이 기반 활성 용액을 치료 방법의 매개체로 하는 것은 화학 반응을 일으키지 않고 필요한 물리적 변화를 가능하게 할 것"이라고 연구를 주도한 김동유 교수가 설명했다.
연구원들은 폴리머 PTB7-Th와 PM6을 도너 재료로 선택하고 PC 61BM 및 EH-IDTBR 및 Y6은 활성층의 억셉터 물질입니다. 그들은 활성 용액에서 도너와 억셉터 물질을 혼합하기 위해 소용돌이를 유도하면 잘 혼합된 활성 용액이 될 수 있지만 그 자체로는 충분하지 않다는 것을 알아냈습니다. 활성 용액은 소수성이므로 연구원들은 용액을 교반하기 위해 탈이온수(DI)와 소용돌이를 사용하기로 결정했습니다. 그들은 공여체와 수용체 물질을 클로로벤젠(호스트 활성 용액)에 밤새 방치한 다음 용액에 탈이온수를 첨가하고 교반하여 작은 소용돌이를 생성했습니다. 용액의 소수성 특성으로 인해 물은 도너 분자와 억셉터 분자를 밀어내어 용액에 더 미세하게 용해됩니다. 그런 다음 용액을 그대로 두어 물이 용액에서 분리되도록 합니다.61 BM(F, 풀러렌), PTB7-Th: EH-IDTBR(NF, 풀러렌) 및 PM6: Y6(H-NF, 고효율 비풀러렌).
그런 다음 연구원들은 슬롯 다이 코팅된 역 OSC 구성에서 이러한 박막의 광전지 성능을 조사하고 수처리가 없는 OSC의 경우와 비교했습니다.
"우리는 수처리된 활성 용액이 더 균일한 활성층 박막을 유도하여 물로 처리하지 않은 것에 비해 더 높은 전력 변환 효율을 나타내는 것을 관찰했습니다. 또한 우리는 활성 영역이 10cm인 대면적 OSC 모듈을 제작했습니다. 2 는 수처리된 H-NF 필름에 대해 11.92%의 높은 변환 효율을 보였다"고 김 교수는 강조했다.
전반적으로, 본 연구는 매우 간편하고 경제적이며 친환경적인 방법을 사용하여 대규모의 효율적인 OSC를 개발하기 위한 지침을 제공하여 실현 및 상용화의 문을 열 수 있습니다.
출처 : https://www.sciencedaily.com/