전자 주게

Abstract

태양광 발전은 다른 발전 방식과는 달리 대기 오염, 소음, 발열, 진동 등의 공해가 전혀 없는 깨끗한 에너지원이며 고갈의 염려가 없는 무한한 에너지 원천이다. 따라서 세계 여러 나라 에서는 태양광 발전을 위한 태양 전지를 개발하기 위하여 많은 연구를 진행하고 있다. 태양 전지의 종류에는 크게 실리콘계, 화합물계, 유기 태양 전지로 구분할 수 있다. 세계 태양 전지 산업계의 현황은 실리콘계 태양 전지가 세계 생산량의 95% 이상을 차지하고 있으며 실리콘계 중에서도 단결정과 다결정 실리콘 태양전지가 세계 생산량의 88% 이상을 차지하고 비정질 Si 태양전지는 5% 내외를 차지하고 있다. 유기 태양 전지는 현재 연구 개발 단계이며 실리콘계 태양 전지에 비해 효율이 절대적으로 낮지만 실리콘 태양 전지에 비해 flexible이 가능, 단순한 공정, 저렴한 제조 단가 등 유용한 점이 많다. 본 논문에서는 유기 태양 전지에서 small molecular 물질인 Copper phthalocyanine (CuPc) 를 이용한 donor (CuPc) layer, fullerene (C_(60))를 사용한 acceptor(C_(60)) layer과 exciton/hole blocking(BCP) layer로 쓰이는 bathocuproine 를 이용한 bulk heterojunction 구조의 소자를 제작하여 각각의 층의 역할과 매카니즘을 설명하고 각 층의 두께 변화에 따라 유기 태양 전지의 전기적 특성과 효율의 의존성을 평가 하였다. 유기 태양 전지에서 donor(CuPc) layer의 두께 변화에 따라 short circuit current(J_(sc))는 변하고, open circuit voltage(V_(oc))는 donor layer (CuPc)의 두께 변화에 영향을 받지 않는다. donor layer (CuPc)의 두께가 12.7 nm 일때 J_(sc) 160 % 증가한 11.6 mA/㎠ 이며 power conversion efficiency(PCE)는 2.5 % 이었다. donor layer (CuPc)의 두께 증가에 따라 short circuit current (J_(sc))에 관계 있는 light absorption (J_(absorption))이 지수 함수 적으로 증가 하였고 donor(CuPc) layer에 통하는 전류(J_(traverse))는 1/R³ 로 감소 할 때 J_(sc)는 증가 했다. acceptor(C_(60)) layer는 두께 변화에 의해 J_(sc)가 민감하게 변하였고 V_(oc)는 변함이 없었다. J_(sc)는 acceptor(C_(60)) layer의 두께가 17.5 nm일 때 5.9 mA/㎠이였고 PCE는 1.976 % 였다. 이는 acceptor(C_(60)) layer의 두께 변화가 PCE에 영향을 미치는 걸 알 수 있었다. hole/exciton blocking layer는 BCP layer의 두께가 증가할수록 hole과 exciton의 blocking 효율은 증가하게 되고 이는 BCP의 두께가 증가함에 따라서 short-circuit current가 hole과 electron에 의해 생성된 short-circuit current가 증가함을 나타낸다 이로 인해 BCP의 두께가 8nm 일 때 2.8%의 최대 power conversion efficiency의 값을 얻을 수 있었다. donor, acceptor, 그리고 hole/exciton blocking layer의 두께 최적화를 통해서 최대 2.8%의 power conversion efficiency를 얻을 수 있었고 이것은 저분자 유기태양전지의 power conversion efficiency는 donor, acceptor, 그리고 hole/exciton blocking layer의 두께에 큰 영향을 받는다는 것을 확인할 수 있었다.; We investigated the dependency of the power conversion efficiency on the thickness of donor (copper phthalocyanine; CuPc), acceptor (fullerene; C_(60)), and hole/exciton blocking (2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline; BCP) layers the organic photovoltaic (OPV) devices fabricated with double small-molecular layers. The power conversion efficiency peaked at a specific layer thickness, ~12.7 nm for the donor layer, ~17.5 nm for the acceptor layer, and ~8.0 nm for the hole/exciton blocking layer. This trend of power conversion efficiency was determined by short-circuit-current rather than open-circuit-voltage (V_(oc)) after light absorption. In addition, the donor layer thickness was more sensitive than the thickness of the acceptor or hole/exciton blocking layers in improving power conversion efficiency; i.e., ~330% for the donor layer, ~118% for the acceptor layer, and ~112% for the hole/exciton blocking layers.