나노기술 및 정책 정보

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히로시마대학(広島大學) 등의 공동 연구그룹이 불소 원자를 갖는 독자적인 반도체 폴리머를 개발함. 이 반도체 폴리머를 도포하여 제작한‘유기 박막 태양전지(OPV)’는 출력 전압이 높아져 에너지 변환 효율(태양 에너지를 전력으로 변환하는 효율)이 향상됨. 한편, 연구진은 반도체 폴리머의 화학 구조에 있어 불소 원자의 위치가 반도체 폴리머의 성질 및 OPV의 특성에 어떻게 영향을 미치는지를 규명함.

OPV는 반도체 폴리머를 플라스틱 기판에 도포·박막화시켜 제작하기 때문에 비용 및 환경 부하를 줄일 수 있고 대면적화가 용이함. 또한 가볍고 유연하며 실내 조명 하에서 변환 효율이 높기 때문에 IoT 센서, 모바일·웨어러블 전원, 창문, 비닐하우스용 전원 등 현재 보급되어 있는 무기 태양 전지로는 실현하기 어려운 분야로의 응용이 기대되고 있음. 연구진은 히로시마대학이 개발한 반도체 폴리머에 오사카대학이 개발한 불소 도입 기술을 응용하여 지금까지 불가능했던 위치에 불소를 도입시킨 새로운 반도체 폴리머를 개발함. 반도체 폴리머의 분자 궤도 에너지 준위를 OPV에 응용하는 데 있어 보다 이상적인 준위로 제어가 가능하여 변환 효율을 향상시키는 데 성공했으며, 불소 원자의 도입 위치에 따라 반도체 폴리머의 분자 배향이 크게 달라져 전하 수송과 전하 재결합에 영향을 미치는 것을 확인함.

본 연구 성과를 통해 향후 새로운 반도체 폴리머가 개량·개발됨으로써 에너지 변환 효율이 보다 향상될 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 Advanced Energy Materials(Impact of Non-Covalent Sulfur-Fluorine Interaction Position on Properties, Structures, and Photovoltaic Performance in Naphthobisthiadiazole-Based Semiconducting Polymers) 온라인 판에 게재됨.