플라스틱 기판에 제작된 유기박막태양전지의 출력특성 경시변화

Abstract

<TEX>$PCDTBT:PC_{71}BM$</TEX>과 <TEX>$PTB7:PC_{71}BM$</TEX>을 유기고분자 활성층 재료로 이용한 Bulk Hetero-Junction (BHJ) 구조의 유기박막태양전지를 플라스틱 기판 위에 각각 제작하여, 시간변화에 따른 단락전류밀도(<TEX>$J_{SC}$</TEX>), 개방전압(<TEX>$V_{OC}$</TEX>), 곡선인자(FF) 및 전력변환효율(PCE) 등 출력특성의 변화에 대해 고찰하였다. 유기박막태양전지의 출력특성 파라메터는 시간 경과에 따라 모두 감소하는 경향을 나타내었으며, 특히 개방전압의 감소폭이 컸다. 이러한 개방전압 감소의 원인은 빛에 대한 장시간의 노출과 산소를 포함하는 수분과의 접촉에 의한 LUMO 준위와 HOMO 준위 차의 감소가 그 원인이라 생각되며, 그 메커니즘에 대해 고찰하였다. 또한 유기박막태양전지 소자의 직렬 및 병렬 저항 값은 감소하다가 다시 증가하는 경향을 보였다. 이는 LUMO 준위와 HOMO 준위 차가 감소함에 의한 것과 공액 고분자 활성층 내부에서의 열적과정 손실에 기인하여 전극과 고분자의 계면에서의 접촉저항의 증가 때문이라고 생각된다. 유기박막태양전지의 전력변환효율은 초기에 급격한 감소를 보이다가 시간이 지날수록 감소폭이 차츰 둔화되어 한계치에 도달한 후, 포화되는 경향을 보였다. 이것이 유기박막태양전지가 실제 구동에서 발생시킬 수 있는 최소 출력특성값인 것으로 판단된다. Two types of organic thin film solar cell devices with bulk hetero-junction (BHJ) structure were fabricated on plastic substrates using conjugated polymers of <TEX>$PCDTBT:PC_{71}BM$</TEX> and <TEX>$PTB7:PC_{71}BM$</TEX> blended as active channel layer. Time-variant characteristics of the organic thin film solar cell devices were investigated: short circuit current density (<TEX>$J_{SC}$</TEX>); open circuit voltage (<TEX>$V_{OC}$</TEX>); ; fill factor (FF); power conversion efficiency (PCE, ŋ). All the performance parameters were degraded by progress of the measurement time, while <TEX>$V_{OC}$</TEX> showed the most drastic decrease with time. Possible factors to cause the time-variant alteration of performance parameters were discussed to be clarified.