분야
doc2. 선행연구
2.1. 유기태양전지의 원리
2.2. 유기태양전지의 연구실태
2.3. 태양전지에 적용되는 탄소나노튜브의 연구 실태
3. 연구방법
3.1. 연구의 자료와 범위
3.2. 연구의 방법과 조건
4. 연구결과
4.1. 한 개의 코어/쉘 구조에 따른 효율변화
4.2. 코어/쉘 나노튜브 다발의 효율 변화
5. 논의
5.1. 결과에 대한 고찰
5.2. 논문의 한계
5.3. 추가 연구 제시
대체에너지 개발이 관심을 모으면서 태양전지에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 태양에너지를 얻는 원리에 따라 실리콘반도체를 이용한 태양전지, 유기 또는 염료감응을 이용한 화합물 반도체형 태양전지로 크게 나누어진다. 그런데 각 태양전지는 생산단가와 효율이란 측면에서 아직까지 많은 문제점이 지적되고 있다. 현재 전세계의 90%를 차지하는 실리콘 반도체형의 경우 , 정제과정에서 많은 생산비가 들므로, 앞으로는 비용이 적게 드는 유기태양전지의 기술을 개발해야 한다. 하지만 유기태양전지는 아직까지 그 효율이 실리콘 태양전지에 비해 상당히 떨어지는 편이다. 그래서 많은 연구들이 유기물의 화학성질을 이용한 효율개선방안을 제시하는 데 주력을 기울이고 있다. 하지만 다른 시각으로 접근하여 우리는 유기반도체의 소자모양에 따른 태양전지의 효율관계를 고려해볼 필요가 있다.
이번 연구에서는 탄소나노튜브(Carbon nanotube)를 이용한 새로운 유기 반도체의 구조를 제안함으로써, 기존의 화합물 반도체의 효율을 개선시킬 수 있는 방법을 찾아보고자 한다. 탄소나노튜브(그림1 )란 탄소 6개로 이루어진 육각형들이 서로 연결되어 관 모양을 이루고 있는 수십 나노미터의 가느다란 신소재이다.
[그림1]탄소나노튜브
제안된 모델은 탄소나노튜브를 이용한 코어/쉘(core-shell) 구조이다. 코어/쉘 구조란 탄소나노튜브를 껍질로 하고 그 안에 유기 물질이 차 있는 구조로 빛을 받으면 안쪽 도너 층에서 전자를 바깥 튜브 쪽으로 전달한다. 일반적으로 나노튜브를 이용한 코어/쉘 구조는 두께가 얇고 전하가 지름방향으로 확산되기 때문에 이동거리가 짧아 전자와 전공이 소실되는 가능성을 줄일 것이라는 관심을 모으고 있다. 기존의 반도체 소자 모양은 평면적인데 비해, 코어/쉘 구조의 소자는 태양전지의 효율을 어떻게 변화시킬 지 알아보았다.
[그림2] 탄소나노튜브를 이용한 코어/쉘 구조의 소자
2. 선행연구
2.1. 유기태양전지의 원리
태양전지는 일반적으로 P형 반도체와 N형 반도체라고 하는 2종류의 반도체를 사용해 전기를 일으킨다. 유기태양전지는 이러한 반도체형 태양전지를 응용하여 유기물을 반도체에 적용시킨 경우이다. 반도체의 N, P층에 해당하는 역할을 유기물의 도너-억셉터 접합층이 수행한다. 이때, 광자를 흡수하여 전자를 주는 재료를 전자 도너(Electron Donor)라고 하며 전자를 받는 재료를 전자 억셉터(Electron Acceptor)라고 한다. 전자 억셉터 물질의 전자친화도가 전자 도너 물질보다 더 크다면 두 계면 사이에 전기장이 형성되어 전하가 분리되어 전류가 흐르게 되는 것이다.[그림3 ]
