| 초록 |
1. 서론 유기태양전지에서 전하이동(charge transfer; CT) 상태에서는 전자 공여체(donor; D)와 전자 수용체(acceptor; A) 사이의 계면이 홀-전자쌍(exciton) 분리, 전하 분리 및 전하 재결합 과정 등에 매우 중요한 역할을 차지한다. 유기태양전지는 일반적인 무기물 기반 태양전지와 다르게 exciton 결합에너지가 달라, exciton은 광활성물질 계면에서만 분리될 수 있다. 즉, 빛을 받아 생성된 exciton은 D/A 계면으로 반드시 이동되어야 하며, 이는 exciton 확산거리에 달려 있다. 대부분의 유기물질 안에서의 확산거리는 ~10nm 정도이다. 그렇기에 효율적인 유기태양전지의 작동을 위해서는 D와 A 도메인이 상호 관통하는 네트워크를 잘 형성해야 하고, 또한 상당히 큰 계면적을 이용해야 효과적이다. 전하이동과 관련하여 다음과 같은 요소들을 최적화하는 것이 이 분야에서 중요하게 여겨지고 있다. 1) exciton 생성을 위한 광흡수, 2) D-A 계면으로 exciton 확산 후 자유 캐리어로 분열, 3) 내부(built-in) 전기장에 의한 접촉 쪽으로 홀(D 내에 있는)과 전자(A 내에 있는)의 이동, 그리고 4) 전극에서 전하 수집 등 전하 재결합 및 누설되는 것의 방지. 본 보고서에서는, CT 상태의 에너지 레벨 등을 조절하여 이들이 자유전자로 쉽게 해리될 수 있는 유기태양전지의 효율을 높이기 위한 다양한 전략들에 대해서 살펴보고자 한다. 더 나아가 높은 전하 생성을 유지하면서, Frenkel 타입의 exciton(비교적 낮은 유전상수를 가지고 있는 홀-전자 쌍의 상태. 결합에너지는 대략 0.1~1eV 정도이며, 반경은 대략 분자의 크기 정도에서 나타남)에서 CT 상태로의 에너지 격차를 줄이고 재결합에너지 손실을 감소시키는 변수들에 대한 최근의 물리적 분석들에 대해서도 정리해보려고 한다. 이를 통해, 에너지손실이 적고 우수한 유기태양전지를 고안하고자 하는 중요한 시스템적으로 구조적인 전극 필름 형태 및 해당 물질들의 분자 형태 수준에서의 설계 전략들을 검토해볼 수 있을 것이라고 기대한다. ** 원문은 파일 다운받기를 해주세요 :-) |
