유기 태양전지 효율 향상 방안 (무기 태양전지 비교 및 hybrid 구조 제시)

소개글

유기 태양전지 원리 및 구조에 대해서 상세하게 기술 하였습니다.

초보적인 내용은 다 안다고 가정하에 보고서가 써졌습니다. 밴드갭, exciton, HOMO, LUMO 에 대한 기본적 단어에 대한 설명은 하지 않았습니다. 반도체 용어에 대한 지식이 있으신 분들이 보시길 바랍니다.

유기태양전지의 작동 방식, 각 과정마다 원리 및 효율 향상 방안을 제시 하였습니다.

무기 태양전지와의 과정을 비교하여 효율이 차이나는 이유를 기술 하였고, 유 무기 물질을 혼합하여 효율이 향상 될 수 있는 방안을 제시 하였습니다.

보고서내에 빨간색 글씨는 개인 아이디어 입니다. 이론 및 제시한 내용이 틀릴수 있으니 보고 쓸 수 없겠다 싶으면 그 내용은 빼시면 됩니다.

목차

1.solar cell 원리
2.organic solar cell의 문제점 및 해결방안
3.hybrid solar cell 구조

본문내용

Polymer를 donor 물질로 사용하는 organic solar cell의 경우 낮은 유전 상수로 인하여 광 여기 시 Frenkel exciton을 생성하게 되고 정공 쌍의 결합에너지(>100meV)가 커서 상온 열에너지(~25meV)로 분리가 이루어지지 않으며 쉽게 recombination을 일으켜 life time, diffusion length가 매우 짧은 특징을 가지고 있다. Exciton을 정공 쌍으로 분리하기 위해서 donor와 acceptor 물질의 lumo, homo 에너지 차이를 이용하여 계면에서 exciton을 분리시킬 수 있지만, exciton의 diffusion length가 매우 짧기 때문에 광전자 변환효율이 매우 떨어진다. 이를 해결하기 위해서 나온 구조가 donor와 acceptor가 nano-micro size로 혼합되어 있는 bulk heterojunction구조 이다. Bulk heterojunction구조를 사용한 polymer-fullerene구조의 경우 광전자 변환효율이 높아 태양전지 효율을 8.13%까지 개선 할 수 있지만 내부의 random한 혼합상 때문에 carrier 수송 효율이 떨어진다는 단점도 존재한다.
inorganic nanostructure를 사용한 Inorganic/organic hybrid 구조의 경우 현재 태양전지 효율이 3%로 polymer-fullerene에 비해 구현된 태양전지의 효율이 낮지만, 광전효율의 상승과 one-dimensional transport를 형성하여 수송효율 또한 상승시킬 수 있는 잠재력을 지니고 있다. 본 보고서에서는 hybrid structure의 재료와 구조의 장단점을 분석하여 효율을 상승 시킬 수 있는 구조를 제시한 뒤 hybrid organic solar cell의 가능성을 논의해 볼 것이다.

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