[논문] 유기분자형 태양전지의 기술동향 및 전망

소개

공학-유기분자형 태양전지에 관한 논문

목차

1. 서론

2. 유기 분자형 태양전지의 구조와 작동원리
2.1 유기 분자형 태양전지의 구조
2.2 유기 분자형 태양전지의 작동원리
2.2.1 유기 반도체에서의 빛의 흡수
2.2.2 계면에서의 electron-hole 분리
2.2.3 전하의 수집-광기전력 효과
2.2.4 태양전지 효율

3. 유기 분자형 태양전지의 종류별 개발동향
3.1 벌크 이종접합 태양전지
3.1.1 반도체 고분자/C60 태양전지
3.1.2 반도체 고분자/반도체 고분자 태양전지
3.2 Bi-layer 태양전지
3.2.1 반도체 고분자/C60 혹은 반도체 고분자 bi-layer 디바이스
3.2.2 단분자/단분자 이종접합 태양전지
3.3 유기-무기 하이브리드 태양전지
3.3.1 반도체 고분자/무기 나노입자 복합재 태양전지
3.3.2 공액 고분자/탄소나노튜브 복합재 태양전지
3.3.3 공액 고분자/TiO2 복합재 태양전지

4. 국내 개발 현황

5. 특허/시장 동향 및 사업성 분석

6. 결론

7. References

본문내용

2.2 유기 분자형 태양전지의 작동원리

2.2.1 유기 반도체에서의 빛의 흡수
반도체 고분자/C60 복합재에서 빛을 받아 전하를 생성시키는 것은 반도체 고분자(electron donor)이다. 반도체 고분자에서는 주사슬을 이루고 있는 탄소 원자의 최외각 전자 4개중 3개만이 σ-결합을 이루고 있고, 나머지 하나는 pz 궤도함수를 차지하여 이웃하는 탄소의 pz 궤도 함수와 π-결합을 이루면서 사슬을 따라서 delocalization 되어 있다. π-전자 파동함수들의 중첩에 의해 이들은 각각 valence band와 conduction band를 이룬다. 그리고 valence band와 conduction band 사이의 에너지 간격(Eg)은 무기반도체의 에너지 간격과 비슷한 1.5~3 eV 정도의 가시광 영역에서의 값을 가진다. 따라서 이 영역에서의 에너지를 가지는 빛을 쬐어주게 되면 π-π transition 이 일어나고 이를 통해서 electron-hole pair 혹은 exciton이 형성된다.

2.2.2 계면에서의 electron-hole 분리
일반적으로 반도체 고분자 내에 형성된 electron-hole pair는 매우 빠른 시간에 재결합하여 그 에너지 차이를 빛으로 내어 놓게 된다. 이것이 형광(Photoluminescence)이다. 이러한 electron-hole pair의 재결합은 수 nano초 이내에 일어나기 때문에 광기전력에 큰 기여를 할 수 없다. 이러한 점에서 electron donor와 electron acceptor 사이에서 일어나는 매우 빠른 광여기이동(photo-induced charge transfer : PICT) 현상은 electron과hole의 재결합을 극복할 수 있는 큰 수단이 된다.








Figure 2. (a) 개념도 (b) 반도체 고분자(electron donor)와 C60 (electron acceptor)사이의 PICT 현상의 대표적인 에너지 수준도

반도체 고분자가 빛을 흡수하여 electron-hole pair를 생성 시켰을 때, 이웃에 친화도가 매우 큰 electron acceptor 물질(C60)이 위치하여 있다면 일부 electron-hole pair의 재결합에도 분구하고 electron acceptor물질이 전자를 강하게 잡아당겨 효과적으로 electron-hole의 분리가 일어나게 된다.

참고자료

· 각종 국내 저널