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신재생에너지/신기술

태양 전지의 변환 효율을 향상시키는, 새로운 반도체 폴리머를 개발

by KaNonx카논 2020. 1. 15.
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PNT z 4T의 화학 구조와 불소의 도입 위치 출처 : JST



태양 전지의 변환 효율을 향상시키는, 새로운 반도체 폴리머를 개발

有機薄膜太陽電池の変換効率を向上、新しい半導体ポリマーを開発



히로시마 대학 등의 공동 연구팀이 차세대 태양 전지로 기대되는 


유기 박막 태양 전지의 고효율화로 이어지는 성과를 발표. 


제조 재료의 하나인 새로운 반도체 폴리머의 개발에 성공했다.



2020 년 01 월 15 일 07시 00 분 공개



출처 - https://www.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/2001/15/news048.html




히로시마 대학, 오사카 대학, 교토 대학, 치바 대학, 고휘도광 과학 연구 센터 등의 공동 연구팀은 


2020년 1월 차세대 태양 전지로 기대되는 유기 박막 태양 전지(OPV)의 성능을 높일 수 있는, 


새로운 반도체 폴리머를 개발했다고 발표했다.



유기 박막 태양 전지는 반도체 폴리머를 p형 반도체 재료인, 풀러렌 유도체를 n형 반도체 재료로 사용한다. 



반도체 재료를 포함하는 잉크를 도포하여 제작 할 수 있기 때문에 저비용 환경 부하의 공정으로 제조 할 수 있고, 


대 면적화가 용이하다는 특징을 가진다. 



가볍고 유연할뿐만 아니라 반투명 할 수 있으며, 센서와 모바일 웨어러블 단말, 창문, 비닐 하우스 용 등


현재 인기 있는 무기 태양 전지에서는 실현이 어려운 분야에 적용 할 수 있는 새로운 전원으로 주목 받고있다.



실용화 전에 문제가 남아 있는 것은, 변환 효율과 내구성의 향상이다. 


유기 박막 태양 전지는 빛, 열, 산소, 수분 등에 의해 열화하기 때문에 내구성이 낮은다는 사실이 지적되고 있다.


또한 다양한 분야에 적용을 목표로하기에 변환 효율의 향상이 요구되고있다.


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이번 연구 그룹에서는 변환 효율의 향상을 목표로 


유기 박막 태양 전지의 재료가되는 새로운 반도체 폴리머의 개발에 임했다. 


유기 박막 태양 전지에 적합한 반도체 폴리머를 개발하기 위해서는 


폴리머의 분자 궤도와 결정성 분자 배향을 제어하는 것이 중요하다. 


이 같은 반도체 고분자의 성질을 제어하는데, 불소 원자의 도입이 효과적인 것으로 알려져 있지만, 


도입 방법은 한정되어 있었다고한다.


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그래서 공동 연구팀은 히로시마 대학의 연구 그룹이 이전에 개발한 당시 세계 최고 수준의 변환 효율을 나타내었다.



 "PNT z 4T"라는 반도체 폴리머와 오사카 대학 연구진이 최근 새롭게 개발 한 불소도입 기술의 융합에 의한 


새로운 반도체 폴리머의 실현을 목표로했다.



그 결과, PNT z 4T의 화학 구조에 대해 지금까지 불가능했던 위치에 불소를 도입하는 데 성공했다. 



이는 반도체 폴리머의 분자 궤도 에너지 준위를 유기 박막 태양 전지에 응용하는 데 더 이상적인 준위로 


제어 할 수 있으며, 변환 효율을 향상시키는 데 성공했다.



 또한 불소 원자를 도입하는 위치에 따라 반도체 폴리머의 분자 배향이 크게 달라, 태양 전지의 변환 효율로 이어질 


전하 수송과 전하 재결합에 영향을 미치는 것으로 조사되었다.





PNT z 4T의 화학 구조와 불소의 도입 위치 출처 : JST



앞으로 더욱 다양한 위치에 불소 도입과, 분자 궤도 에너지 준위가 저하 되어도 분자 배향 등에 


영향을 주지 않는 원자 또는 작용기의 도입 기술의 개발을 통해 전류 및 전압에 악영향을 주어 


변환 효율이 저하되는 전하 재결합 억제에 대처할 방침이다. 


또한 이번 적용한 불소 도입 기술은 다른 반도체 고분자에 적용 할 수 있으며, 


유기 박막 태양 전지의 새로운 고효율화에도 기여할 것으로하고있다.





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