용액공정 ZnO/Ag나노와이어/ZnO 전극 기반의 반투명 고분자 태양전지

Abstract

유기 태양 전지는 제작 과정이 간단하고 비용이 저렴하다는 장점과 더불어 기계적인 유연성을 함께 가지는 등 현대 기술과 접목할 수 있는 부분이 많아 차세대 에너지원으로 많은 관심을 받고 있다. 그 중에서도 공액 반도체 고분자와 수용성 플러렌(fullerene) 유도체의 혼합물을 기반으로 하는 bulk-heterojunction(BHJ) 고분자태양전지(PSCs, Polymer Solar Cells)는 이미 반투명 박막 형태의 얇은 광활성층을 사용하고 있다는 구조상 특징으로 인해 미래형 투명 또는 반투명 태양전지로의 활용 가능성이 가장 높은 태양전지로도 주목받고 있다. 반투명 태양전지(Semi-transparent PSCs)는 빌딩 통합형 태양전지(BIPV, Building Integrated PhotoVoltaic)의 핵심 요소로써 미래 에너지 자립형 건물 구현의 핵심이 될 것으로 기대되고 있다. 본 연구에서는 은(Ag) 나노와이어(NW)와 ZnO를 기반으로 용액 공정이 가능한 oxide/metal/oxide(OMO) 구조를 상부 전극으로 활용하여 반투명 고분자 태양 전지를 구현하였다. 스핀 코팅과 스프레이 코팅법을 활용해 구현한 ZnO/AgNW/ZnO OMO 반투명 전극은 AgNW의 두께에 따라 40-75% 정도의 평균 투과율을 보여주었고, poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT)와 [6,6]-phenyl C61 butyric acid methyl ester(PC61BM)를 광활성층으로 사용한 고분자 반투명 태양전지에서는 5-20%의 전체 소자 투과율을 보여주었다. 가장 최적화된 조건의 소자에서 도출된 최대 에너지 변환 효율은 2.2%를 기록되었다. 이는 일반적인 Al 전극을 사용한 기존 소자 대비 61%의 에너지 변환 효율 값으로 반투명성을 함께 가지고 있음을 고려하면 충분히 발전 가능성을 가지고 있는 값으로 판단된다.