과학자들이 전극의 벽을 깨다

과학자들이 유기 태양전지의 전극을 위해 어떤 금속이라도 사실상 사용할 수 있는 버퍼층을 개발했다. 

유기 태양전지에서 상충점은 산화 안정성과 금속 캐소드의 일함수에 있다. 일함수는 전자가 광흡수층에서 전극으로 이동하는데 얼마나 어려움을 겪는 정도와 관련이 있다. 

그들은 쌍자이온(zwitterions)을 공액 폴리머의 백본에 통합해서 CPZ(conjugated polymer zwitterions)을 합성하여 태양전지의 중간층으로 사용했다. 쌍자이온은 양과 음전하 모두가 있는 중성분자 인데 강한 쌍극자를 가져 금속 전극과 강하게 상호작용한다. 

CPZ가 얼마나 잘 다른 금속의 일함수를 바꾸어 전자가 계면을 통해 이동하는 것을 돕는지를 분석했다. 

전극으로써 사용하기 위한 금속을 선택함에 있어서 상충점은 물과 산소에 대한 앚정성과 낮은 일함수이다. 

그들은 우선 Ag, Cu 그리고 Au에 대해 광활성층에서 전극으로 전자 수송 특성에 어떤 보탬이 있었는지 조사했다. 그들은 중간층 특성을 향상시키기 위해서는 중간층의 두께는 5 nm 미만이여야 한다는 것을 알았다. 하지만 이는 제조 관점에서 문제다. 

이를 해결하기 위해 그들은 플러렌을 쌍자이온으로 수정한 C60-SB와 아민 성분이 결합된 C60-N에 대해 전자 이동 특성을 평가했다. 

C60-N 박막이 광활성층과 금속 전극 사이에 놓였을 때, Ag(4.45 eV), Cu, 그리고 Au(5.2 eV) 전극의 유효 일함수를 3.5 eV로 낮췄고 금속 전극의 종류에 상관없이 효율은 8.5%을 넘었다. 또한 중간층의 두께를 5~55 nm 범위에서 그러한 효율을 얻었는데 정밀한 두께 제어가 필요없다. 

참고: http://www.sciencedaily.com/releases/2014/09/140918141452.htm