Parallel polymer tandem solar cells containing common anodes with high optical transmittance and electrical conductance

Abstract

인류 문명을 발전시키기 위해서는 전지구적이며, 풍부하고, 안전하며, 무한한 에너지원이 반드시 필요하다. 현재 대부분의 에너지는 화석 연료와 원자력으로 충당되는데, 공해 및 방사능 오염뿐만 아니라 유한한 자원이기 때문에 태양, 풍력 등의 신재생에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 이 중에서 태양광은 무한하며, 깨끗하고, 풍부할 뿐만 아니라 지표면 및 우주에서도 사용할 수 있는 에너지원이다. 태양전지는 태양광을 전기로 바꾸어주는 장치인데, 박막형태를 가지고 있기에 우주선, 자동차, 건축물 등 다양한 장치와 융합이 가능하다. 특히 고분자태양전지는 다른 태양전지에 비해 가볍고, 인쇄가능하고, 유연하기에 그 응용가능성이 무궁무진하다. 다만 고분자태양전지는 아직까지 효율이 상대적으로 낮은데, 이는 고분자 물질의 낮은 태양광 흡수율 때문이 크다. 이를 극복하기 위해 다중접합 구조가 많이 연구되었는데, 병렬연결의 경우 다중접합 구조에서 직렬연결에 비해 장점이 많다. 이러한 병렬 다중접합 태양전지를 제작하기 위해서는 투명하면서도 낮은 저항을 가진 공통 양극의 개발이 필수적이다. 이번 연구에서는 기존의 투명성이 부족한 금속박막양극을 대체하는 2종류의 투명 공통 양극을 개발하였다. 가장 효율적인 공통 양극은 높은 전도성의 PEDOT:PSS 박막을 이용한 것으로, 평균투명도 89% 및 면저항 60 Ω/□ 을 가진다. 이 투명 공통 양극을 이용하여 기존의 금속 공통 양극에 비해 22% 높은 효율을 가지는 병렬 연결된 이중접합 고분자 태양전지를 제작하였다. 가장 우수한 태양전지의 경우 효율 6.08%를 달성하였다. 또한 병렬 연결된 이중접합 고분자 태양전지를 이론적으로 분석하여, 병렬 연결된 이중접합 태양전지의 효율을 예측할 수 있었고, 실제 실험결과와 일치하는 예측결과를 얻을 수 있었다.