유기 태양전지 연구에 새로운 장을 열어주는 현미경

재생에너지로서 태양전지의 사용은 세계적으로 크게 확대되고 있으며 보다 효율성이 우수하고 저렴하며 대면적의 태양전지와 시스템 개발이 활발하게 진행되고 있다. 효율이 높은 태양전지의 개발은 가장 중요한 목표 중 하나로서 유기태양전지, 양자점 태양전지 등 새로운 개념의 태양전지 개발에도 많은 연구가 진행되고 있다. 태양전지의 반응이 진행되는 표면의 반응을 분석하는 것은 재료의 특성을 이해하게 해주며 이에 의해 성능이 우수한 태양전지 재료를 개발하는데 큰 도움을 제공할 수 있다. 특히, 시각적인 분석방법은 재료의 특성이나 반응을 직접적으로 이해하는데 아주 중요한 역할을 할 수 있다.

태양전지의 지속가능한 제조를 위해 독일 올덴버그 대학의 Manuela Schiek 연구진은 현미경 고분해능 분석과 스티칭(stitching) 기능의 빠르고 비파괴적인 특성분석 방법을 적용하였다. 최종 제품인 친환경 태양전지 제품에 비해서 현재 태양전지를 제조하는 공정들은 매우 유독하고 에너지가 많이 소비된다. Schiek 박사의 연구는 은 나노와이어 그물망으로부터 생성된 유기 반도체 및 투명 전극 시스템의 사용을 포함하여, 무독성이며 쉽게 구할 수 있는 태양전지 제조를 위한 대체재료 개발에 초점을 맞추고 있다.

복잡한 다중 층으로 된 구조에 대한 표면 분석 기술들은 태양전지의 작동을 볼 수 있게 해준다. 비접촉성의 레이저 스캐닝 기술에 의해 얻은 자세하고 색상이 표현되는 LEXT 3D CLSM과 삼차원 광학 이미지에 의해 우수한 고정밀 광학 프로필러메트리(profilometry: 표면의 평탄도 등 외형의 측정)와 계량이 가능하다. Schiek은 LEXT를 사용하여 태양전지의 에너지를 수확하는 활성층 내의 유기 반도체 재료들의 두께를 정확하게 측정한다. 이 활성층은 태양전지의 효율에 아주 중요하게 영향을 줄 수 있다. LEXT는 고분해능으로 부드럽거나 접착력이 있는 표면을 비접촉식으로 측정할 수 있어 침(stylus)을 기반으로 하는 기술보다 빠르고 훨씬 효율적이며 정확한 것으로 밝혀졌다.

LEXT의 빠르고 직관적인 스티칭 기능에 의해 제공되는 확장된 시계범위는 원자힘 현미경과 비교하여 표면 거칠기 측정의 효율성을 크게 향상시켰다. 따라서 투명한 전극 표면 위에 있는 은 외이어 메쉬의 보다 대표적인 시료를 보다 잘 관찰할 수 있고 이는 넓은 배율 영역과 함께 다른 방법으로는 놓치기 쉬운, 원하지 않는 응집 영역을 식별하는데 도움을 준다. “LEXT는 우리의 큰 자산이다. 원자힘 현미경보다 훨씬 빠르기 때문에 우리가 조사할 수 있는 영역은 훨씬 더 넓고 선명한 색상과 삼차원으로 표시되는 높이 프로파일은 보다 자세한 분석을 가능하게 해준다”고 Schiek은 말한다.

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