본 과제는 페로브스카이트 태양전지(Perovskite Solar Cell, PSC)를 오래 쓸 수 있게 모듈을 보호하는 소재와 검사·평가 기술을 개발하는 연구임. 연구목표는 PSC 모듈용 분해방지막, 봉지재 소재 개발 및 비파괴 검사, 안정성 평가 기술 개발에 있음. 핵심 연구내용은 투과율 최적화된 페로브스카이트 광활성층 분해방지막과 디아세틸화 억제 가능한 봉지재 설계, 비접촉/비파괴 검사법·광학 이미징기술·X-선 정밀 소재분석 기술을 이용한 상용화 패키징 원천기술 개발, 패키징 적용 소자의 광-전압 특성평가 및 상용화 규격 안정성 평가시스템 구현임. 기대효과는 신규 소재·공정으로 제품개발 및 산업화 가능, PSC 양산화의 장기안정성 확보, 비파괴 광학 특성 평가로 제조사 신제품 개발기간 단축 및 기술경쟁력 확보에 기여함.

페로브스카이트 태양전지 모듈을 위한 분해방지막, 봉지재 소재 개발 및 비파괴 검사, 안정성 평가 기술 개발

본 연구에서는 기존의 유기/무기 전자기파 변환 소재의 성능을 뛰어 넘는 높은 고체-초분극도 및 고내열성을 동시에 지니는 전자기파 변환 유기 원천소재 (고체-초분극도 > 180x10-30 esu, 내열성 상변화온도 > 200 oC)의 개발 및 이를 위한 설계기술을 확보하기 위하여, 다음과 같은 차별화된 핵심연구개념을 동시에 도입할 계획이다. (1) 핵심연구개념 1: 기존의 단일 전자 억셉터의 한계를 뛰어 넘는 전자 2중 억셉터-억셉터 구조의 도입 헤테로아로마틱 전자 당김효과가 커질때 분자-초분극도가 증가하고, 전자분포의 이중 특이성이 나타나는 현상을 이용하기 위하여 기존의 단일 억셉터를 이용하는 연구와 달리 전자 2중 억셉터-억셉터 구조의 헤테로 스티릴 양이온 기반의 새로운 유기소재를 설계할 계획임 (2) 핵심연구개념 2: 허쉬펠트 표면 조절방법을 이용한 분자평행배열도 향상 및 내열성 향상 고체상의 분자배열은 구성 분자 또는 치환체 자체의 부피보다는 고체상에서의 허쉬펠트 표면 특성 (크기, 형태, 면적, 방향 등)이 실제 영향을 미치므로 허쉬펠트 표면 특성 조절기술 이용한 분자평행배열도 및 내열성 등의 물성을 향상시키는 연구를 수행할 계획임 (3) 핵심연구개념3: 비등방성 평행배열 및 내열성 향상 위한 분자성 동종/이종 이온간의 비-쿨롱 결합 조절 기존의 양이온-음이온 쿨롱 인력 조절방법을 사용한 연구 접근법보다 다차원적인 인력 조절이 가능한, 전자 2중 억셉터-억셉터 스티릴 피리디니윰, 스티릴 퀴놀리니윰 등의 분자성 양이온-양이온 및 양이온-음이온 간의 비-쿨롱 인력결합 조절방법을 연구에 도입할 계획임. 상세한 연차별 연구내용은 다음과 같다. (1) 1차년도: 전자 2중 억셉터-억셉터 기반의 새로운 스티릴 헤테로아로마틱 유기분자 설계 합성 및 허쉬펠트 표면 특성 연구 - 전자 2중 억셉터-억셉터 기반의 페놀릭 스티릴 피리미딜 피리디니윰 (styryl N-pyrimidinyl pyridinium) 유도체 설계 및 합성 - 전기음성도가 큰 치환체 도입한 할로겐화 하이드록실 스티릴 퀴놀리니윰 (halogenated hydroxyl styryl N-alkyl quiolinium) 유도체 설계 및 합성 - 새로운 헤테로아로마틱 하이드록실 스티릴 유도체의 허쉬펠트 표면 특성 분석 및 물성 연구 (2) 2차년도: 고체-초분극도 가진 유기소재의 허쉬펠트 표면 조절을 통한 분자 설계기술 연구 - 다양한 치환체를 도입한 새로운 헤테로아로마틱 스티릴 피리미딜 유도체 설계 및 분자 배열에 따른 고체-초분극도 및 허쉬펠트 표면 특성 연구 - 새로운 헤테로아로마틱 스티릴 퀴놀리니윰 유도체의 화학구조 변화를 통한 허쉬펠트 표면, 분자평행배열도, 고체-초분극도 상관관계 연구 - 스티릴 헤테로아로마틱 양이온과 분자성 음이온 유도체의 전자기파 응용가능한 결정성 소재 성장 (3) 3차년도: 고효율 고내열 고체-초분극도 지닌 유기소재의 허쉬펠트 표면 최적화 기술 연구 - 다양한 전자 도너 또는 억셉터가 포함된 스티릴 피리미딜 또는 퀴놀리니윰 기반 결정성 소재 특성연구 - 고체-초분극도를 나타내는 다양한 헤테로아로마틱 스티릴 이온성 유기소재의 허쉬펠트 표면 특성과 물성과의 상관관계 연구 - 헤테로아로마틱 스티릴 이온성 유기소재의 다양한 결정성 특성 최적화 연구

본 연구에서는 기존의 유기/무기 전자기파 변환 소재의 성능을 뛰어 넘는 높은 고체-초분극도 및 고내열성을 동시에 지니는 전자기파 변환 유기 원천소재 (고체-초분극도 > 180x10-30 esu, 내열성 상변화온도 > 200 oC)의 개발 및 이를 위한 설계기술을 확보하기 위하여, 다음과 같은 차별화된 핵심연구개념을 동시에 도입할 계획이다. (1) 핵심연구개념 1: 기존의 단일 전자 억셉터의 한계를 뛰어 넘는 전자 2중 억셉터-억셉터 구조의 도입 헤테로아로마틱 전자 당김효과가 커질때 분자-초분극도가 증가하고, 전자분포의 이중 특이성이 나타나는 현상을 이용하기 위하여 기존의 단일 억셉터를 이용하는 연구와 달리 전자 2중 억셉터-억셉터 구조의 헤테로 스티릴 양이온 기반의 새로운 유기소재를 설계할 계획임 (2) 핵심연구개념 2: 허쉬펠트 표면 조절방법을 이용한 분자평행배열도 향상 및 내열성 향상 고체상의 분자배열은 구성 분자 또는 치환체 자체의 부피보다는 고체상에서의 허쉬펠트 표면 특성 (크기, 형태, 면적, 방향 등)이 실제 영향을 미치므로 허쉬펠트 표면 특성 조절기술 이용한 분자평행배열도 및 내열성 등의 물성을 향상시키는 연구를 수행할 계획임 (3) 핵심연구개념3: 비등방성 평행배열 및 내열성 향상 위한 분자성 동종/이종 이온간의 비-쿨롱 결합 조절 기존의 양이온-음이온 쿨롱 인력 조절방법을 사용한 연구 접근법보다 다차원적인 인력 조절이 가능한, 전자 2중 억셉터-억셉터 스티릴 피리디니윰, 스티릴 퀴놀리니윰 등의 분자성 양이온-양이온 및 양이온-음이온 간의 비-쿨롱 인력결합 조절방법을 연구에 도입할 계획임. 상세한 연차별 연구내용은 다음과 같다. (1) 1차년도: 전자 2중 억셉터-억셉터 기반의 새로운 스티릴 헤테로아로마틱 유기분자 설계 합성 및 허쉬펠트 표면 특성 연구 - 전자 2중 억셉터-억셉터 기반의 페놀릭 스티릴 피리미딜 피리디니윰 (styryl N-pyrimidinyl pyridinium) 유도체 설계 및 합성 - 전기음성도가 큰 치환체 도입한 할로겐화 하이드록실 스티릴 퀴놀리니윰 (halogenated hydroxyl styryl N-alkyl quiolinium) 유도체 설계 및 합성 - 새로운 헤테로아로마틱 하이드록실 스티릴 유도체의 허쉬펠트 표면 특성 분석 및 물성 연구 (2) 2차년도: 고체-초분극도 가진 유기소재의 허쉬펠트 표면 조절을 통한 분자 설계기술 연구 - 다양한 치환체를 도입한 새로운 헤테로아로마틱 스티릴 피리미딜 유도체 설계 및 분자 배열에 따른 고체-초분극도 및 허쉬펠트 표면 특성 연구 - 새로운 헤테로아로마틱 스티릴 퀴놀리니윰 유도체의 화학구조 변화를 통한 허쉬펠트 표면, 분자평행배열도, 고체-초분극도 상관관계 연구 - 스티릴 헤테로아로마틱 양이온과 분자성 음이온 유도체의 전자기파 응용가능한 결정성 소재 성장 (3) 3차년도: 고효율 고내열 고체-초분극도 지닌 유기소재의 허쉬펠트 표면 최적화 기술 연구 - 다양한 전자 도너 또는 억셉터가 포함된 스티릴 피리미딜 또는 퀴놀리니윰 기반 결정성 소재 특성연구 - 고체-초분극도를 나타내는 다양한 헤테로아로마틱 스티릴 이온성 유기소재의 허쉬펠트 표면 특성과 물성과의 상관관계 연구 - 헤테로아로마틱 스티릴 이온성 유기소재의 다양한 결정성 특성 최적화 연구