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2025년 12월 1일 (월) 03:43 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : PEG 계열 고분자의 Cross-linking 구조를 적용한 flexible 페로브스카이트 태양전지

영문 : Flexible Perovskite Solar Cells Utilizing Cross-linking PEG Polymers

과제 팀명

PerovSkrr

지도교수

김민 교수님

개발기간

2025년 9월 ~ 2025년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 화학공학과 20203400** 정*연(팀장)

서울시립대학교 화학공학과 20203400** 김*훈

서울시립대학교 화학공학과 20203400** 이*경

서울시립대학교 화학공학과 20203400** 이*재

서울시립대학교 화학공학과 20223400** 김*림

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

◇ Flexible 페로브스카이트 태양전지(f-PSC)는 반복적인 구부림과 기계적 스트레스에 의해 필름 균열과 성능 저하가 발생하여, 유연성과 안정성 향상이 필요하다.
◇ Poly(ethylene glycol) 계열 고분자(PEGMC, PEGPEA)는 cross-linking을 형성하고 결함을 효과적으로 passivation하여 필름 안정성과 유연성을 높일 수 있으며, 본 과제에서는 PEG의 농도 조건을 최적화하고 polymer가 태양전지 소자에 미치는 영향을 비교·분석한다.
◇ 세 가지 PEG 계열 polymer를 f-PSC에 적용하여 페로브스카이트 필름 및 소자를 제작하고, PL, XRD, SEM, J-V curve 분석을 통해 cross-linking 유무와 bending test 전·후 차이, 소자의 전기적 성능을 비교한다.

개발 과제의 배경

◇ 태양 에너지는 지구 에너지의 99.99 % 이상으로 매우 풍부하고 안전한 에너지원으로 지속 가능한 발전의 활용 대상으로 주목받고 있다. 특히 페로브스카이트 태양전지는 실리콘 태양전지에 준하는 우수한 광전 성능을 보이며, 용액 공정을 통한 thin-film 구조로 가볍고 유연한 소자 제작에 적용할 수 있다. 이러한 장점은 flexible 페로브스카이트 태양전지(F-PSC)가 웨어러블 및 휴대용 기기 등 일상에서 사용하는 device부터 부품 경량화가 핵심인 항공/우주선 전원 공급 장치로 확대되는 데 기여할 수 있다.
◇ 그러나 소자에 변형을 일으키면 F-PSC의 성능이 쉽게 저하되는 문제점이 있다. 기판 굽힘으로 페로브스카이트 thin-film에 stress를 가하면 grain boundary에서 fracture가 쉽게 발생한다. 이 경로로 공기 및 수분이 쉽게 침투하여 페로브스카이트가 분해되면 F-PSC가 제 기능을 할 수 없게 된다.
◇ f-PSC의 안정성을 향상시키기 위한 접근법으로는 첨가제, 표면 passivation 등 다양한 방법이 있으며 이는 일반적으로 예방적 방법으로 분류된다. 이러한 예방적 방법 외에도, 페로브스카이트 결정을 이어주는 Cross-linking 방법은 유연성을 향상시키기 위한 또 다른 해결책이다. 이중결합을 가진 PEG(poly(ethylene glycol)) 계열 고분자는 AIBN 열 개시제의 도움으로 가교 결합을 형성할 수 있다. 본 연구에서는 PEG 계열의 고분자(PEGMA, PEGPEA) 2가지를 변수로 설정하고 cross-linking을 형성시켜 f-PSC의 성능을 비교 분석한다.
◇ PEG 계열 고분자를 EtOAc 용매에 용해시켜 페로브스카이트의 antisolvet로 도입했을 경우 어닐링 조건에서 가교결합을 형성하며 f-PSC에서 계면 응력을 완화할 것으로 기대된다. 또한 작용기 구조가 다른 PEG 계열 고분자를 도입함으로써 각 작용기의 상호작용을 규명하고 페로브스카이트 결정립의 사이즈와 크랙을 분석하고자 한다. 결론적으로, 본 연구의 성과는 PEG 계열 고분자의 작용기 구조와 f-PSC의 안정성 간 상관관계를 규명하고, cross-linking을 통한 f-PSC의 안정화 효과를 제시한다.

개발 과제의 목표 및 내용

최종 목표

◇ Poly(ethylene glycol) 계열 고분자(PEG-MC, PEG-PEA)의 Cross-linking 형성을 확인하고, 이를 첨가한 F-PSC의 성능을 비교 및 분석한다.

세부 목표

◇ AIBN 개시제를 첨가한 Poly(ethylene glycol) 계열 고분자의 Cross-linking 조건을 확립한다.
◇ PEG 계열 고분자를 antisolvent로 첨가하여 페로브스카이트 태양전지를 제작하고, 최적의 조건을 확립한다.
◇ 제작한 페로브스카이트 태양전지 소자의 전기적 성능을 측정하고 분석한다.
◇ 필름 및 소자에서 bending test 전·후의 필름 표면과 소자 성능을 비교하여 cross-linking의 효과를 확인한다.

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

제품의 요구사항

내용

설계 사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

내용

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용

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 ==서론==
 ===개발 과제의 개요===
-====개발 과제 요약===
+====개발 과제 요약====
   ◇ Flexible 페로브스카이트 태양전지(f-PSC)는 반복적인 구부림과 기계적 스트레스에 의해 필름 균열과 성능 저하가 발생하여, 유연성과 안정성 향상이 필요하다.
   ◇ Poly(ethylene glycol) 계열 고분자(PEGMC, PEGPEA)는 cross-linking을 형성하고 결함을 효과적으로 passivation하여 필름 안정성과 유연성을 높일 수 있으며, 본 과제에서는 PEG의 농도 조건을 최적화하고 polymer가 태양전지 소자에 미치는 영향을 비교·분석한다.
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   ◇ PEG 계열 고분자를 EtOAc 용매에 용해시켜 페로브스카이트의 antisolvet로 도입했을 경우 어닐링 조건에서 가교결합을 형성하며 f-PSC에서 계면 응력을 완화할 것으로 기대된다. 또한 작용기 구조가 다른 PEG 계열 고분자를 도입함으로써 각 작용기의 상호작용을 규명하고 페로브스카이트 결정립의 사이즈와 크랙을 분석하고자 한다. 결론적으로, 본 연구의 성과는 PEG 계열 고분자의 작용기 구조와 f-PSC의 안정성 간 상관관계를 규명하고, cross-linking을 통한 f-PSC의 안정화 효과를 제시한다.
 ====개발 과제의 목표 및 내용====
-내용
+최종 목표
+ ◇ Poly(ethylene glycol) 계열 고분자(PEG-MC, PEG-PEA)의 Cross-linking 형성을 확인하고, 이를 첨가한 F-PSC의 성능을 비교 및 분석한다.
+세부 목표
+ ◇ AIBN 개시제를 첨가한 Poly(ethylene glycol) 계열 고분자의 Cross-linking 조건을 확립한다.
+ ◇ PEG 계열 고분자를 antisolvent로 첨가하여 페로브스카이트 태양전지를 제작하고, 최적의 조건을 확립한다.
+ ◇ 제작한 페로브스카이트 태양전지 소자의 전기적 성능을 측정하고 분석한다.
+ ◇ 필름 및 소자에서 bending test 전·후의 필름 표면과 소자 성능을 비교하여 cross-linking의 효과를 확인한다.
 ===관련 기술의 현황===