고분자유기태양전지실험

목차

Table of contents

Abstract

1. Introduction---------------------------------1

1-1 유기태양전지------------------------------------------------1

1-1-1 유기태양전지의 원리----------------------------------------1

1-2. 유기박막 태양전지의 제작방법----------------------------------3

1-3. ITO ( Indium-Tin Oxide ) : 산화인듐주석-----------------------5

1-4. 태양전지 장치 특성 평가--------------------------------------5

1-5. 태양전지의 효율---------------------------------------------5

2. Experiment----------------------------------7

2-1 실험기구 및 시약---------------------------------------------7

2-2 실험방법----------------------------------------------------7

3. Results & Discussion--------------------------8

3-1 Raw Data--------------------------------------------------8

3-2 Results-----------------------------------------------------11

3-2-1 (유주환)--------------------------------------------------11

3-2-2 (최재옥)--------------------------------------------------12

3-2-3 (최용락)--------------------------------------------------14

3-2-4 (최은영)--------------------------------------------------15

3-2-5 (홍미소)--------------------------------------------------17

3-3 최종 결과값-------------------------------------------------18

3-4 Discussion--------------------------------------------------19

4. Conclusion----------------------------------20

5. REFERENCES-------------------------------21


LIST OF FIGURES

fig1. 유기태양전지의 구조-------------------------------------1

fig2. 유기태양전지의 작동 메커니즘------------------------------2

fig 3. V vs I 저분자계 유기박막 태양전지 구조--------------------4

fig 4. 고분자계 유기박막 태양전지 구조--------------------------4

fig5. 고분자 유기태양전지-------------------------------------7

fig6. V vs I (유주환)----------------------------------------11

fig7. V vs FF (유주환)---------------------------------------11

fig8. V vs I (최재옥)----------------------------------------12

fig9. V vs FF (최재옥)---------------------------------------13

fig10. V vs I (최용락)----------------------------------------14

fig11. V vs FF (최용락)--------------------------------------14

fig12. V vs I (최은영)----------------------------------------15

fig13. V vs FF (최은영)--------------------------------------16

fig14. V vs I (홍미소)----------------------------------------17

fig15. V vs FF (홍미소)--------------------------------------17

LIST OF TABLES

Table 1. (1)유주환-------------------------------------------8

Table 2. (2)최재옥-------------------------------------------8

Table 3. (3)최용락-------------------------------------------9

Table 4. (4)최은영-------------------------------------------9

Table 5. (5)홍미소-------------------------------------------10

Table 6. 8조 결과값----------------------------------------- 18

본문내용

와 같다.
fig13. V vs FF (최은영)
FF값의 최고가 되는 V와 I 값을 확인하기 위하여 fig13.을 확인해보면 x 축값 즉 V 값이 대략 4.60E·-1과 5.20E-1사이임을 확인 할 수 있다.
이러한 그래프에서 확연히 알아본 값을 이용하여 Raw data에서 FF 값의 최고값을 알아보면 3.40 임을 확인 할 수 있다. (넓이가 x, y 축의 아래에 위치하므로 절대 값을 붙여준다.)
(1)에 (2)식을 대입하여 효율 값을 알아보면,
(3)
으로 결국 단위 등을 고려하여 보면 으로 계산할 수 있다.
최고값인 3.40은 와 계산한 에 의한 곱에서 나오므로 두 값을 확인하여 보면 4.80E-01과7.08E(절대값을 붙여줌)이 나온다. 즉 효율 는 3.40% 임을 확인 할 수 있다.
3-2-5 (홍미소)
fig14. V vs I (홍미소)
Table 5.를 이용하여 V와 계산해준 I 값을 이용하여 그래프를 나타내보면 fig14.와 같다.
fig15. V vs FF (홍미소)
FF값의 최고가 되는 V와 I 값을 확인하기 위하여 fig15.를 확인해보면 x 축값 즉 V 값이 대략 2.80E·-1과 3.60E-1사이임을 확인 할 수 있다.
이러한 그래프에서 확연히 알아본 값을 이용하여 Raw data에서 FF 값의 최고값을 알아보면 1.81 임을 확인 할 수 있다. (넓이가 x, y 축의 아래에 위치하므로 절대 값을 붙여준다.)
(1)에 (2)식을 대입하여 효율 값을 알아보면,
(3)
으로 결국 단위 등을 고려하여 보면 으로 계산할 수 있다.
최고값인 1.81은 와 계산한 에 의한 곱에서 나오므로 두 값을 확인하여 보면 3.40E-01과5.34E(절대값붙여줌)이 나온다. 즉 효율 는 1.81% 임을 확인 할 수 있다.
3-3 최종 결과값
Table 6. 8조 결과값
최재옥
유주환
최용락
최은영
홍미소
3.18%
3.12%
3.00%
3.40%
1.81%
3-4 Discussion
이번 실험은 고분자 유기 태양전지를 제작해 보는 시간이었다. ITO glass를 기판으로 하여 시작된 실험이었는데 처음 ITO glass를 acetone과 water + 중성세제, water, Isopropanol(IPA)를 각각 사용하여 초음파 세척기로 세척을 한 후 Isopropanol 용액을 이용하여 20분 간격으로 세척을 하고 Isopropanol 용액에 세척한 기판을 넣은 후 heating 시키고 기판을 하나하나 건조시키는 작업을 마지막으로 세척을 끝낸다. 기판위에 고분자를 고팅 시키기 위해 Active layer용액을 { P3HT:PCBM = 1:0.7(2wt% soln) 12시간 glove box }에 넣어 만들었고 PEDOT:PSS = 5:1(IPA)의 시약을 만들었다. 이렇게 만들어진 용액을 기판위에 마이크로 피펫으로 떨어뜨린 후 스핀코팅 시켜 기판위에 증착 후 bake 작업을 통하여 고분자 유기 태양전지를 완성 시켰다. 완성된 유기태양전지의 최대 효율은 대략 6%가량이 나와야 하는데 우리가 실험을 하는 동안 여러 가지 잘못된 선택과 판단 착오로 인해 제일 효율이 좋게 나온 case가 3.40%였다. 이렇게 좋지 못한 효율을 얻은 이유를 생각해 보면 우리가 ITO 즉 기판을 세척하는 과정에서 완벽한 세척을 기대하였으나 실험실내에서 다른 이물질이 첨가 되었을 가능성을 배제할 수 없고 기판위에 코팅할 Active layer용액을 만드는 과정에서 사람의 손으로 하는 적정과 혼합이라서 완벽한 용량을 첨부하지 못했을 과정도 생각해 보았다. 마지막으로 생각해 보아야 될 것은 스핀코팅을 하는 과정에서 기판위에 평평하게 용액을 분산시키지 못한것이 가장 큰 loss로 작용하지 않았나 생각해본다.
4. Conclusion
이번 실험은 고분자 유기 태양전지를 제작해보는 시간이었다. ITO를 기판으로 삼아 Active layer용액을 기판위에 평평하게 코팅하는 작업을 마무리로 하는 실험이었는데 모든 실험이 마찬가지겠지만 특히 이번 실험은 섬세한 작업을 요구하는 실험이었다. ITO 기판을 세척하는 과정에서부터 시작하여 마무리 스핀코팅을 하는 작업까지 실험자의 손으로 하는 과정이 많았는데 처음 기판을 세척할 때 acetone과 water + 중성세제, water, Isopropanol(IPA)을 이용하는 것을 보면 알 수 있듯이 여러 시약을 사용하여 세척을 하고 초음파세척기를 이용하는 등. 기판을 세척하는 과정에서부터 섬세한 수작업을 해야 했고 Active layer용액을 제조할 때도 정확한 양의 비율을 맞춰 만들었음에도 불구하고 이 부분에서 약간의 loss가 발생했을 거라 생각한다. 그리고 spin coating을 할 때 ITO기판위에 균일하게 용액을 코팅했어야 되는데 효율이 낮게 나온 실험자들은 이 과정에서 가장 많은 효율loss가 있었을 거라 생각한다.
우리 조원들은 각각 3.18%(최재옥), 3.12%(유주환), 3.00%(최용락), 3.40%(최은영), 1.81%(홍미소)가 나왔다. 같은 기판과 같은 용액을 사용하여 실험을 했음에도 불구하고 같은 조원들 사이에서도 많은 편차가 생긴 것을 확인해볼 수 있는데 이 결과를 보더라도 spin coating이 중요한 과정이었음을 생각해본다.
비록 만족할만한 결과를 얻진 못했지만 손으로 직접 태양전지를 제작해보고 효율 또한 측정해 볼 수 있었던 뜻깊은 고분자유기태양전지 실험이었다.
5. REFERENCES
[1]. http://galchem.tistory.com/
[2]. J. Y. Kim, K Lee, N. E. Coates, D. Moses, T. Q. Nguyen, M. Dante, A. J. Heeger, Science,317,222(2007)
[3] 한국과학기술정보연구원 KISTI, “태양광 발전에 관한 기술동향분석”, pdf
p,p 31-34(2006)
[4] 산업자원부, 광주광역시, 한국광산업진흥회, KISTI, “ITO(Indium Tin Oxide)타겟재”pdf, p,p 379-380(2006)
[5] 배우진(삼성전자 LCD 총괄책임 연구원), “전도성 고분자 유기태양전지”pdf, p.p 1-4(2008)

키워드

고분자,   유기,   태양전지