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요철표면이 있는 자발 형성된 유기물/무기물 나노 복합체 박막을 사용한 고효율 유기태양전지 제작 방법

Title
요철표면이 있는 자발 형성된 유기물/무기물 나노 복합체 박막을 사용한 고효율 유기태양전지 제작 방법
Author
김대훈
Advisor(s)
김태환
Issue Date
2012-02
Publisher
한양대학교
Degree
Master
Abstract
태양광 발전은 화석 에너지의 문제점인 환경 오염과 자원 고갈 문제를 해결하기 위한 대체 에너지로써 많은 관심을 받고 있다. 이에 따라 많은 연구자들은 태양광 발전을 위한 태양 전지를 개발하기 위한 연구를 지속적으로 진행하고 있다. 현재는 실리콘 계 태양전지가 세계 생산량의 85%를 차지하고 있고, 실리콘 계 중에서도 단결정과 다결정 실리콘 태양전지가 세계 생산량의 80% 이상을 차지하고 있다. 실리콘 계 태양 전지는 다른 종류의 태양 전지에 비해서 높은 효율을 가지지만, 기본이 되는 재료와 제조 공정으로 인한 높은 가격이 문제가 되고 있다. 이에 따라서 이런 가격 문제를 해결하기 위해서 유기 태양 전지가 연구되고 있다. 유기 태양 전지는 공정이 비교적 단순하고 Roll-to-roll 공정의 적용으로 대면적화와 대량 생산이 가능하여 태양 전지의 가격을 크게 낮출 수 있으며, 유연한 기판 위에 제작이 가능하여 플렉서블 태양 전지를 제작할 수 있다는 점에서 장점을 가지고 있다. 본 논문에서는 poly(3-hexylthiophene) (P3HT)를 사용하여 요철 구조를 가진 광흡수층을 제작하였고, 전자 수송층으로 fullerene (C60) 을 사용하여 요철 구조 유기 태양 전지를 제작하였다. 요철 구조를 가지는 광흡수층을 제작하기 위한 혼합 용액 내의 P3HT 나노복합체의 형성 및 순수한 P3HT와의 비율을 분석하기 위해서 순수한 P3HT 용액과 순수한 P3HT 나노복합체 용액을 제작했다. 이 만들어진 순수한 P3HT 용액과 순수한 P3HT 나노복합체 용액의 광흡수-발광 스펙트럼을 측정하여서, P3HT 나노복합체의 광학적 특성을 분석했다. 이 분석한 내용을 바탕으로 혼합 용액의 광발광 스펙트럼을 분석하였고, 그 결과 P3HT 나노복합체의 형성 및 순수한 P3HT와 P3HT 나노복합체와의 비율을 분석하였다. 이 분석된 혼합용액을 스핀코팅의 방법으로 요철 구조 표면을 가지는 광흡수층을 제작하였고, 이를 AFM 이미지를 통해서 형성됨을 보여주었다. 이런 형성된 요철 구조의 계면의 증가, 안정적인 전하 이동 경로, 요철 기둥의 π- π 인접 체인의 쌓임으로 인한 전하 이동도 증가 등의 장점을 설명하였다. 이러한 계면 증가로 인한 엑시톤 분리 효율 및 전하 이동 효율이 증가함을 평면 구조의 광흡수층과 요철 구조의 광흡수층의 흡수 스펙트럼 및 평면 구조의 광흡수층, 평면 구조의 광흡수층/C60, 요철 구조의 광흡수층/C60의 광발광 스펙트럼을 통해서 보여주었다. 같은 흡수 광량을 가지는 평면과 요철 구조의 광흡수층 위에 C60을 증착하고, 이의 광발광 스펙트럼을 측정하여, 형광 소멸 비율을 비교하였다. 그 결과 요철 구조에 경우 더 큰 비율의 형광 소멸 현상이 발생하였는데, 이는 형성된 엑시톤의 재결합으로 인한 발광이 나타나기 전에 분리되어 전류로 형성되었다는 것을 의미한다. 그 결과 평면 구조 유기 태양 전지에 경우에는 광전류는 6.2mA/cm2, 효율은0.8% 를 가졌지만, 요철 구조 유기 태양 전지에 경우는 광전류는 8.3mA/cm2, 효율은1.04% 로 증가하였음을 알 수 있다. 이러한 결과들은 기존의 나노 구조의 유기 태양 전지에 비해서 제작 시간 및 공정 단가가 줄일 수 있고, 효과적인 효율 향상을 보일 수 있기 때문에 앞으로 고효율의 유기 태양 전지 제작에 응용할 수 있는 가능성을 보여준다.
URI
https://repository.hanyang.ac.kr/handle/20.500.11754/137054http://hanyang.dcollection.net/common/orgView/200000419165
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GRADUATE SCHOOL[S](대학원) > ELECTRONICS AND COMPUTER ENGINEERING(전자컴퓨터통신공학과) > Theses (Master)
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