전자 이동을 방해시켜 결과적으로 유기태양전지의 효율 저하를 일으킨다. 하
지만 이러한 광활성층의 형태학적 구조 변화는 적절한 분석도구의 부재로
직접적으로 밝혀진 바가 없었다.
□ 연구팀은 용액상에서 폴리헥실싸이오펜(poly(3-hexylthiophene))* 전도성 고분
자의 결정화를 유도하여 약 10 nm 두께를 가지는 나노전선을 제조하였고,
플러렌 유도체와 혼합하여 이종 접합 구조를 갖는 광활성층 박막을 제조하
였다. 이를 통해 열이나 용매를 이용한 후처리 공정없이도 광전변환효율을
극대화할 수 있도록 엑시톤 확산거리(exciton diffusion length)를 만족시키는
전자 주개와 받개의 상분리를 유도하였고, 광조사에 따른 형태학적 구조 및
효율변화는 일반적인 블랜드 광활성층 박막과 비교하여 확인하였다.
*폴리헥실싸이오펜: 104 cm-1의 흡광계수를 가지는 대표적인 유기태양전지 물질. 플러
렌과 벌크헤테로 접합 박막 제조시, 폴리헥실싸이오펜은 전자 주개, 플러렌은 전자
받개 역할을 함.
∘ 일반적인 블랜드 광활성층의 경우 40시간 동안 광조사 후 각 물질의 거대 상
분리가 관찰되었고, 초기 효율 대비 40% 이상의 성능 저하를 보였다. 이에
반해 나노전선 기반의 광활성층은 나노전선 내부의 고분자 간 강한 파이 결
합으로 인해 산소나 물에 의한 침투가 억제되어, 광조사 후에도 각 전극으로
의 효과적인 여과경로(percolation pathway)를 보이는 초기의 삼차원적인 형
태학적 구조를 잘 유지하여 초기 효율 대비 15%의 성능저하만을 보였다. 이
러한 유기태양전지 광활성층의 형태학적 구조와 효율 저하의 상관관계는 삼
차원 전자토모그래피 및 전산모사 분석법을 통해 정량적으로 규명하였다.
□ 이은지 교수는“이번 연구는 고분자 자기조립 나노기술을 유기태양전지 광활
성층에 도입하여 소자 안정성을 확보하였을 뿐 아니라 효율저하를 야기하는
광활성층의 열화 메카니즘을 규명할 수 있는 분석 플랫폼을 구축하였다는 점
에서 큰 의의가 있으며, 이를 토대로 기존에 개발된 고효율 유기태양전지의
장기안정성을 재평가하고 문제점을 개선하여 상용화에 기여할 수 있기를 기
대한다”고 말했다.
□ 이은지 교수(교신저자)가 주도하고, 진선미 박사과정생(제1저자)이 참여한 이
번 연구는 한국연구재단 재원으로 기초연구사업(중견연구), 기후변화대응기술
개발사업의 지원을 받아 수행되었으며, 연구성과는 재료분야 저명 학술지인
‘Journal of Materials Chemistry A’에 2019년 1월 30일 게재되었다. <끝>