untitled

Size: px

Start display at page:

Download "untitled"

수로 운
6 years ago
Views:

1 공액고분자를이용한태양전지및 유기전기발광소재기술 한국과학기술정보연구원

2 < 제목차례 > 제 1 장서론 1 제2장기술동향및전망 2 1. 기술의개요 2 가. 공액고분자 2 나. 공액고분자를이용한태양전지 6 다. 고분자발광다이오드 연구개발동향 12 가. 국내기술개발동향 12 나. 해외기술개발동향 13 제3장시장동향및전망 산업동향 국내시장동향 18 가. 태양전지시장및산업현황 18 나. 국내 OLED 시장 해외시장동향 23 가. 태양전지시장및산업추이 22 나. OLED 시장 28 제 4 장결론 31 < 참고문헌 > 32 - i -

3 < 표차례 > < 표 3-1> 국내태양전지관련산업및회사 20 < 표 3-2> 국내 OLED 관련업체및현황 a 22 < 표 3-3> 2006 년회사별태양전지생산점유율 27 < 그림차례 > < 그림 2-1> 대표적인발광고분자의분자구조식 4 < 그림 2-2> 공액이중결합형고분자의광에너지흡수및발광메카니즘 5 < 그림 2-3> 대표적인공액고분자구조 6 < 그림 2-4> 고분자태양전지작동원리 7 < 그림 2-5> P3HT와 PCBM의화학구조 9 < 그림 2-6> 포스트어닐링한 BHJ 태양전지 10 < 그림 2-7> 전기발광다이오드의구조 11 < 그림 3-1> 태양전지시장의분류 17 < 그림 3-2> 국내태양전지설치보급누계 19 < 그림 3-3> 전세계태양전지설치보급량추이 23 < 그림 3-4> 용도에따른태양전지시장 (2005) 24 < 그림 3-5> 결정질실리콘태양전지관련산업체계 25 < 그림 3-6> 태양광모듈까지단계별제조단가구분 25 < 그림 3-7> 국가별태양전지생산추이 26 < 그림 3-8> 전세계태양전지종류별생산점유율 28 < 그림 3-9> 시장조사기관별 OLED 시장현황및예측 29 < 그림 3-10> OLED 시장현황및전망 29 < 그림 3-11> 응용기기에따른 AMOLED 시장 30 - ii -

4 제 1 장서론 고분자는필요한성능을가질수있도록분자설계가가능하고합성하여고분자를얻을수있다. 공액고분자는 π결합의전자여기에너지가반도체영역에속하므로이온으로도핑하면전기전도도가도체에속하는합성금속을얻을수있다. 전기전도성고분자는저항이낮을뿐만아니라산화환원반응이가능함으로고분자밧데리의전극으로사용이가능하다. 공액고분자는 n 또는 p형의반도체로구분되며발광다이오드와레이저의발광재료로서사용될수있다. 또한자외선및가시광선을흡수하면 π-π* 변성이생겨전자와전공으로분리되므로태양광전지의핵심소재가된다. 이와같이무기또는금속화합물반도체가가지는모든기능을고분자재료로부터얻을수있다는사실이증명되었다. 기능성고분자의설계및합성이라는장점이외에도스핀캐스팅방법에의한소자제작은공정상큰이점을가지고있다. 그러나성능이뛰어난기능소자를고분자재료로부터얻기위해서는재료의전기적및광학적성질을근본적으로이해해야만가능하다. 짧은역사를가진기능성고분자에대한연구가특히전자기능에관련된물리적해석이다행히도빠른속도로발전되고있으므로전자기능성고분자가미래에는전자소자의핵심재료로사용될것으로전망된다. 본보고서에서는이러한공액고분자에대한개요및기술개발동향을분석하고, 공액고분자의응용분야인태양전지와 OLED에대한시장동향을살펴보도록하겠다

5 제 2 장기술동향및전망 1. 기술의개요 가. 공액고분자 원소간의결합은각원소의원자가전자 (valence electron) 수가 2n 2 이되도록한다. 이때 n은 K, L, M, N, O 준위를나타내며고분자는거의대부분 L 준위즉 n이 2이며전자수가 8개가되도록한다. 그중에서대표적인원소가탄소이며이원소의 L 준위에는전자가 4개가있다. 탄소의원소결합은 2n 2 을만족시키기위해다른원소들과전자를주든지또는받는것보다는공유하는쪽이된다. 탄소의전자구조는 2s와 2p에전자가각각 2개씩있지만결합을할때는전자의혼성화 (hybridization) 가일어나 4개의 sp 3 상태의전자구조를가지며탄소또는다른원소와전자를공유하는공유결합즉 σ결합을한다. 탄소는탄소, 산소및질소와 2중으로공유결합을하기도한다. 이때 3개의전자는 sp 2 혼성화를이루고나머지한개는두원자간에 2중결합즉 π결합을이룬다. 탄소들끼리 sp 2 와 sp 3 가교대로연결되어있으면즉 π(2중공유 ) 결합과 σ(1 중공유 ) 결합이교대로연결되어있으면이러한구조를공액이중결합이라한다. 탄소 6개가공액이중결합을유지하면서둥근고리를만든분자가벤젠으로서이벤젠이다른벤젠과 σ결합으로연결되었을때도이들을공액이중결합형고분자라한다. 공액이중결합형고분자에서 π결합에참여한전자의결합띠와전도띠간의에너지벽은 3.5 ev 이하이며반도체의영역에속한다. 공액이중결합을가진분자는음이온이나양이온으로도핑을하면에너지벽은아주작아져서전자를여기시키면결합띠에서전도띠로전자가쉽게이동을하고전자가분자내에서비편재현상을일으켜전도성을띄게된다. (1) 전기전도성고분자 - 2 -

6 아세칠렌 (acetylene) 분자에서는각탄소의 2개의전자가 sp 혼성화를이루며나머지 2개의전자는다른탄소와 2중으로 π결합을형성함으로서탄소와탄소간에는 3중결합이생긴다. 그중한개의 π결합이끊어지면서생긴자유라디칼이다른아세칠렌분자에서생긴자유라디칼과 σ결합을해나가면이고분자를폴리아세칠렌 (polyacetylene) 이라한다. 결합띠의크기가반도체에속하며전자의비국지화에따라중성솔리톤 (soliton) 이쉽게되고분자에전자들을주든지빼내면음성적또는양성적솔리톤이된다. 폴리아세칠렌을합성할때이상적으로분자배열이되도록하면이물질은결정성을가지게된다. 음이온으로도핑을하면전기전도도가크게향상된다는것이 1977년에발명되었고이상적인상태에서는전기전도도가 10 5 S/cm에도달하며구리와맞먹는전기전도성물질이되므로합성금속 (synthetic metal) 이라고도한다. 폴리아세칠렌외에도폴리피롤 (polypyrrole), 폴리아닐린 (polyaniline), 폴리사이온펜 (polythiophene) 등환상구조를가진화학물질이중합하여공액이중결합구조를유지하면폴리아세칠렌과같이도핑하였을때이들합성금속은전기전도도가 103 S/cm 정도로증가한다. 특히폴리피롤이나폴리아닐린은특수한조건에서합성을하면클로로포름이나크레졸과같은유기용매에녹는합성금속이되며스핀-캐스팅 (spin-casting) 에의해얇은필름을생산할수있고필름의두께도쉽게조절이된다. 도핑된고분자의전기전도메카니즘은준1차원도약전도모형 (Quasi one-dimensional hopping model) 으로설명이되고실온이상에서온도상승에따른전도도의상승은금속과의근본적인차이를나타낸다. 고분자는금속결정구조와는달리선형의분자가비결정성을이루며온도의상승과함께분자운동이활발하여전자의이동을촉진하게된다. 전기전도성고분자는산화환원반응을일으키므로밧데리의전극으로서의가능성에대한심도있는연구가진행되었고시제품까지생산되었었다. 전기전도성고분자가 1977년에발명되어 23년의역사를가지고있으므로이재료의용도에대한확실한대답을얻기에는너무이른지도모르겠지만그중에서도밧데리의전극재료로서의가능성은아직확답을얻지못하고있다. 전도성고분자를도료로사용하여철판위에필름으로입히면전극역할때문에철의전기화학적산화를막아철의부식을방지할수있다. 전기전도성 - 3 -

7 고분자를핵심소재로사용한전자제품에는알루미늄또는탄타륨전해콘덴서가대표적이다. 알루미늄과탄타륨을산화처리하면표면에치밀한산화막이형성되고이산화막은우수한절연체이다. 표면적을극대화한산화막위에폴리피롤을입히면산화되지않은금속과폴리피롤이각각전극이되고산화막이절연체가되는캐퍼시터 (capacitor) 구조를가지게된다. 이소자는온도및주파수에따른캐퍼시탄스의 1차적인함수관계를가지므로캐퍼시탄트값을정확히예측할수있다. 성능은세라믹콘데서보다전기량축적밀도및캐파시탄스예측가능성이더욱뛰어나며따라서소형경량전자제품에는필수적인부품이다. < 그림 2-3> 대표적인발광고분자의분자구조식 (a) 청색 (b) 청색 (c) 녹색 (d) 적색 자료 : 김정엽, 고분자와물리 : 공액이중결합형고분자, 물리학과첨단기술, 제 9권 9호, (2) 발광고분자 < 그림 2-1> 과같은 π결합을가진분자단으로구성된공액이중결합형고분자는자외선및가시광선정도의에너지를흡수하면 < 그림 2-2> 와같이 π-π* 전이에의해전자가여기되고곧이어서중성엑시톤 (exciton) 이된후흡수한에너지를주로열로발산하지만물질에따라서는흡수에너지일부를빛 (photoluminescence) 으로발산한다. 이때 Stokes' shift가일어나며발광에너지는흡수에너지보다작다. 발광고분자의발색기본원리는선상으로연결된분자단의동일평면성 (coplanarity) 의크기를얼마로하느냐가에너지준위와상관관계가있고동일평면성을크게하면에너지준위가낮아적색쪽으로빛이나고동일평면이곁가지등으로입체장애를받으면작아지고따라서에너지가큰청색쪽으로빛을낸다

8 < 그림 2-4> 공액이중결합형고분자의광에너지흡수및발광메카니즘 자료 : 김정엽, 고분자와물리 : 공액이중결합형고분자, 물리학과첨단기술, 제 9권 9호, 공액이중결합형고분자는실리콘반도체와비슷한크기의띠간격을가지며분자구조에따라 p 또는 n도핑된특성을가진다. 공액이중결합으로연결된주쇄가전자가풍부한방향족화합물로구성되어있으면정공 (hole) 의이동이쉽고주쇄에달려있는화학단이주쇄로부터전자를가져간상태가되면전자의이동이쉬워진다. 한개의공액이중결합형고분자를일함수 (work function) 가다른두금속사이에넣고전압을가하면일함수가낮은전극에서는전자의투입이쉬워지고일함수가큰쪽에서는정공의투입이쉽다. 전하 (charge) 의주입은고분자의최고점유분자궤도함수 (highest occupied molecular orbital: HOMO) 및최저비점유분자궤도함수 (lowest unoccupied molecular orbital: LUMO) 와전극의일함수가각각만드는에너지벽에의해좌우되며그벽이낮으면낮을수록전하주입은낮은전압에서일어난다. 주어진전압에서전하가주입되면반대쪽전극으로이동하게되는데이때의전하이동속도는전하의종류, 매질의구성및가해진전압에따라결정된다. 대체로정공의이동속도는실리콘반도체를매질로했을때보다몇자리수가낮으며전자의이동속도는정공에비해두자리수가또낮다. 주입된두가지전하는반대전극으로이동하며마주오는전공과전자는서로만나중성엑시톤을형성한다. 높은발광효율을얻기위해서는두개의전극에서전하의주입량이비슷해야한다. 발색단이광에너지를흡수하면싱글렛 (singlet) 만생기지만주입된전공과전자가만나면싱글렛과트립플렛 - 5 -

9 (triplet) 이 1:3의비율로생기므로전기발광 (electroluminescence) 은광발광 (photoluminuescence) 에비해발광효율이 25% 밖에되지않는다. 트리플렛은수명이길고바닥상태로떨어질때내는발광은인광 (phosphorescence) 으로서싱글렛에비해낮은에너지의빛을오래내게된다. 나. 공액고분자를이용한태양전지 실리콘태양전지의단점및한계를극복하기위해다양한소재와제작기술에관한연구가진행중에있다. 실리콘태양전지의대안으로각광받고있는차세대태양전지가바로고분자물질을사용하여제작된박막형고분자태양전지이다. 고분자태양전지를구성하는핵심물질은공액고분자이다. 공액고분자는실리콘태양전지와는다르게흡광계수가높아서얇은박막 (100nm 정도 ) 으로도태양빛을충분히흡수할수있기때문에얇은소자로제작이가능하며, 고분자의특성상굽힘성및가공성등이좋아서실리콘태양전지가주로사용되고있는건축물이외의다양한응용분야가있다는장점이있다. 작동원리는실리콘태양전지와비슷하다. 먼저공액고분자는전자들이원자의핵사이에상대적으로단단하게결합되어있는시그마결합과핵과의거리가상대적으로멀어시그마결합보다는상대적으로느슨하게결합되어있는파이결합 ( 시그마결합과의수직방향 ) 으로이루어져있다 (< 그림 2-3>). < 그림 2-5> 대표적인공액고분자구조 자료 : 태양전지기술동향 - 고분자태양전지, 전자부품,

10 파이결합에있는전자는상대적으로핵의영향을적게받기때문에파이결합사이를자유롭게이동할수있게된다. 이상태를비편재화된상태라고한다. 그러므로파이결합내에존재하는전자는작은에너지를주어도파이결합의바닥상태에서전자를쉽게여기 (excite) 시킬수있다. 상대적으로작은에너지인가시광선영역의빛에너지가공액고분자에가해지면파이결합내에있는전자가여기상태가되고여기된전자와전자가여기된자리에남아있는홀이쿨롱힘에의해서로쌍을이루는엑시톤 ( 여기자, exciton) 이생성되게된다 (< 그림 2-4> 의 (a)). 태양빛을받아서생성된엑시톤이실제로전기를발생시키기위해서는전자-홀쌍인엑시톤이쪼개져서각각의전자와홀이되고이들이전극으로흘러야된다 (< 그림 2-4> 의 (c), (d)). < 그림 2-6> 고분자태양전지작동원리 자료 : 태양전지기술동향 - 고분자태양전지, 전자부품, (1) 고분자태양전지의한계 - 낮은엑시톤이동도 공액고분자는도우핑을통해서전도성이크게증가하여플라스틱도체의 응용으로많이연구가진행되었으나 1990 년초영국의프렌드 (R.H. Friend) - 7 -

11 그룹에서전기를가해주었을때빛을내는고분자전기발광을최초로보고하면서부터고분자전기발광소자 (Organic Light Emitting Diode) 로많이연구가됐다. 고분자태양전지도이와비슷한시기에프렌드그룹에서전기발광소자에사용되는고분자와동일한물질인 PPV(poly-pphenylenevinylene) 이라는고분자를사용하여서고분자태양전지를최초로시도하였다. 그때의소자구조는일함수가다른양쪽전극사이에 PPV가있는샌드위치타입의단일층형태의소자였다. 그러나단일층태양전지의효율은 0.1% 도되지않았다. 그이유는엑시톤의짧은확산또는이동속도때문이다. 앞서설명하였듯공액고분자가빛을받으면엑시톤이라는것을만들어내고엑시톤이 p-n 정션계면에서전자와홀로쪼개지게되는데, 전자-홀쌍인엑시톤이다시재결합하여없어지는데까지걸리는시간이 100피코초 (1피코초는 10-12초 ) 라는짧은시간이기때문에엑시톤이재결합없이공액고분자내에서움직일수있는거리는약 10nm라고알려져있다 (< 그림 2-4> 의 (b) 과정 ). 그러므로빛을받아서생긴엑시톤이재결합없이쪼개져전자와홀을생성하려면 p-n 정션계면이엑시톤이생긴곳으로부터 10nm 이내에존재하여야한다. 보통단일층태양전지의두께는 100nm 정도이므로필름의중간에서생긴엑시톤의경우는계면으로이동하지못하고대부분재결합되어전기발생에참여하지못하게된다. 이러한짧은엑시톤의이동거리가공액고분자를이용한태양전지의가장큰단점이다. (2) 고분자태양전지의진보 - 벌크헤테로정션태양전지 이러한단일층태양전지의단점은 1990년초히거 (Heerger) 그룹에서 C60를공액고분자와섞어서만든벌크헤테로정션 (Bulk Heterojunction (BHJ)) 태양전지가개발됨으로써어느정도극복될수있었다. 히거그룹에서는 PPV 유도체와 C 60 를블랜딩해필름을만든후빛을쪼여주었을때 PPV에서생성된엑시톤의전자가굉장히빠른속도 (10~15펨토초) 로 C 60 로이동한다는것을밝혀냈고, C 60 가전자를하나받은상태에서도안정하게존재할수있다는것도여러과학자들에의해밝혀졌다

12 이러한 BHJ 태양전지의장점은 p형반도체인 PPV 유도체와 n형반도체인 C 60 를블랜딩해필름내의모든곳에 p-n 정션이만들어져서 p-n 정션의표면적이급격히늘어나게되고태양빛에의해서생성된엑시톤들의가까운거리에 p-n 정션이존재하게되어, 엑시톤이효과적으로전자와홀로쪼개질수있다는장점이있다. 그러나 C 60 의용해도문제로필름내의 C 60 의농도를더이상증가시킬수없다는한계가있었다. 이러한단점을극복하기위해미국 UC 산타바바라에있는과학자들이 C 60 에유도체를도입하여용해도높은 C 60 유도체 (PCBM) 를개발해효율을 3% 대까지향상시켰다. < 그림 2-7> P3HT 와 PCBM 의화학구조 자료 : 태양전지기술동향 - 고분자태양전지, 전자부품, (3) 고분자태양전지의진보 - 포스트어닐링 BHJ 태양전지는 p-n 정션의표면적을증가하는장점이있으나 p형반도체와 n형반도체가섞여있기때문에 n형반도체에서모아진전자가전극으로이동하기위해서는반드시 p형반도체인고분자를지나가야한다. 이과정에서 p형반도체에있던홀과 n형반도체로부터이동한전자가재결합되어전극까지전자가도달하지못하는단점이있었다. 또한고분자의낮은전하 ( 전자또는홀 ) 이동도때문에재결합의가능성이더욱더커지게된다. 이러한단점은결정성높은고분자 (poly-3-hexylthiophene, P3HT) 를사용하고태양전지소자를만든후열처리과정을추가한포스트어닐링 (post annealing) 방법이도입됨으로써극복될수가있었다 (< 그림 2-5>)

이방법은 2005년웨이크포레스트대학과 UC 산타바바라대학에서각각거의동시에개발되었고효율을 6% 까지높일수있었으며고분자태양전지에사람들이관심을가지게되는계기가되었다. 이후지속적인연구결과, 열처리과정중온도를올려주었다가식히는과정에서 P3HT고분자의결정성이향상되고 P3HT과 PCBM의나노도메인이형성된다는것이밝혀졌다.

13 이방법은 2005년웨이크포레스트대학과 UC 산타바바라대학에서각각거의동시에개발되었고효율을 6% 까지높일수있었으며고분자태양전지에사람들이관심을가지게되는계기가되었다. 이후지속적인연구결과, 열처리과정중온도를올려주었다가식히는과정에서 P3HT고분자의결정성이향상되고 P3HT과 PCBM의나노도메인이형성된다는것이밝혀졌다. 이러한나노도메인들이각각전자와홀이전극으로잘이동할수있는길을만들어준다는것도밝혀졌다 (< 그림 2-6>). < 그림 2-8> 포스트어닐링한 BHJ 태양전지 자료 : 태양전지기술동향 - 고분자태양전지, 전자부품, 다. 고분자발광다이오드 고분자발광다이오드는 1990년에처음발명되었으며유기발광다이오드보다 3년늦게소개되었다. 그동안많은발전을거듭하여현재는녹색고분자발광다이오드는 100 cd/m 2 밝기로 20,000시간사용할수있는발광소자가유럽에서개발되었고휴대용전화의표시소자로활용단계에있다. 이소자의작동은 5V 이하이고발광효율은 10% 및 20 lm/w에이르고있으며백열전등의발광효율에맞먹는다. 감색고분자발광다이오드는미국에서개발되어응용단계에와있으며청색과적색고분자발광다이오드도빠른속도로개발되고있다. 고분자발광다이오드의장점은최적의발광물질또는보조물질을설계합성할수있다는것이첫째이고다음은이들물질을용액상태에서스핀-코팅 (spin-coating) 이라는아주간단한방법으로다중층을만들수있기

14 때문에무기또는유기재료의진공증착에필요한장비나공정이생략된다는것이다. 특히최근에는잉크-젯 (ink-jet) 방식의인쇄기술이발달되고있어아주간단한방법으로픽셀 (pixel) 을만들수있다. TFT(thin film transistor) 와조합을이루면발광다이오드로부터우수한동화상을얻게된다. < 그림 2-6> 과같은구조를가진고분자발광다이오드 (LED) 로부터높은효율의전기발광을얻기위해서는일함수를감안한전극의선택, 전하주입을쉽게할수있는낮은에너지장벽의계면설정, 반대의두전하가발광층에서결합하여엑시톤이되는확율을높이기위해이동도가큰전하에대한장벽쌓기, 전하의이동도를향상시키는수송층삽입등많은인자를조화시켜야한다. 물론이와같은기능을유기고분자로부터모두얻을수가있다. < 그림 2-9> 전기발광다이오드의구조 Metal: 음극 ETL : 전자수송층 EML : 발광층 HTL : 정공수송층 ITO : Indium-Tin Oxide, 양극 2. 연구개발동향 가. 국내연구개발동향

15 (1) 유기고분자박막태양전지및염료감응형태양전지 C 60 계의사용을본격적인연구개발의착수시점으로보더라도 90년대초중반에시작한외국에비해국내연구는 6~7년정도늦은 2000년대초반부터시작되었다. 초기의유기박막태양전지에대한연구는부산대팀에의해 MEH-PPV와 PCBM의복합재를이용한전지에서단색광에서도 1~2% 의낮은효율을보고하였고, 인하대팀도단분자인 CuPc와 C 60 의이중층구조를이용하여 1% 이하의에너지전환효율을보였다. 이러한초기의연구들을바탕으로최근에는부산대, 광주과기원, 서울대, KAIST, 포항공대, 서강대와같은대학을중심으로유기박막태양전지에대한연구가확대되고있다. 특히광주과기원은히거 (Heeger) 신소재연구센터를세워미국 UCSB와공동으로유기박막태양전지연구를수행하고있는데, 2007년에는코나르카사의신소재를이용하여 2층탠덤형태로제작된고분자태양전지에서세계최고의효율인 6.5% 를보고하였다. 한편, 한국화학연구원등의출연 ( 연 ) 과삼성SDI 등의기업연구소에서도그동안의염료감응형유기전지에대한연구를바탕으로유기박막태양전지에대한연구를가속화하기시작하였다. 한국화학연구원에서는 2002년이래가장핵심인신소재합성을중심으로소자화까지의연구를꾸준히수행해오고있는데, 현재단층구조의태양전지에서세계수준인 5% 대의에너지전환효율을구현하고있다. 최근에는 KIST, 생산기술연구원, DGIST 등출연 ( 연 ) 과 S기술원, K그룹연구소등의기업연구소에서도유기박막태양전지에대한연구를진행하려는움직임이있다. 현재국내의유기박막태양전지에대한연구역사는선진국에비해짧고연구층도매우엷은편이지만, 유사분야인유기발광소자에대한연구가지난 10여년간의활발한연구를바탕으로지난해부터이미상용화되고있음을고려할때, 이러한기술을유기박막태양전지개발에응용한다면선진국과의기술격차는매우빠른시간내에줄일수있을것으로보여진다. 또한신물질이나신소재합성기술, 소자제작기술등기반이되는기술들도이미국내수준이상당히올라와있기때문에본분야에보다적극적인연구개발투자가이루어진다면수년내에선진국수준의결과도가능하리라고생각된

16 다. 결국, 유기박막태양전지분야는이제막기술적가능성을확인하고본격적인연구개발이시작되고있는분야로서, 선진국이나국내모두효율과수명향상, 대면적화등실용화를위해훨씬많은일이요구되는초기개발단계에있다고볼수있다. (2) 고분자유기전기발광소자연구개발동향 1990년대중반이래로국내의몇몇연구진에의해고분자전기발광재료의합성에대한연구가시작되었고, 현재까지계속되고있다. KAIST, 경상대학교, 부산대학교등의대학과전자통신연구원, 한국과학기술연구원등의국책연구기관에서주로 PPV 계열고분자합성에대한연구가진행되어온바있다. 기업체에서의연구는삼성SDI, 엘지필립스LCD, 네스디스플레이등에서 1998~2000년사이에고분자유기전기발광소자의연구가시작되었다. 국내에서의고분자발광재료에대한연구는 SK 대덕연구소, 삼성종합기술원등에서 Polyfluorene 계열의소재에대해이루어지고있으며, 최근에는인광계열고분자에대한연구가진행되었다. 나. 해외연구개발동향 1) 최초의유기태양전지는 1986 년미국 Eastman Kodak 사의 C. W. Tang 의 연구결과로발표되었는데, Donor 물질로는 CuPc 를 Acceptor 물질로는 perylene tetracarboxylic derivative 의물질로구성하여발표하였다. 최초의 유기태양전지의효율은 1% 미만으로매우낮은값을보였으나, 유기태양전 지의가능성을확인하였다. 그후 1995 년 A.J Heeger 그룹에서 PPV 계열의 전도성고분자와 Acceptor 로서 C 60 와유기물과잘섞이는 C 60 유도체인 PCBM 을섞어한층으로태양전지를구현하였다. 이렇게만들어진유기태양 전지의효율은약 3% 에근접하는값으로기존의유기태양전지에비하여높 은효율을나타내었다. 이후유기태양전지는꾸준한발전을이루었고 ) 방창현외, 유기태양전지의개발현황, 한국진공학회지제 16 권 3 호, 2007 년 5 월, pp.167~

17 년에는미국 Princeton 대학교의 S. R. Forrest교수팀에의해 D/A mixed layer를 donor와 acceptor 사이에도입한단분자 Heterojunction bi-layer를형성하여넓은파장영역의햇볕을전환하여 5% 이상의태양광에너지전환효율을보였다. 최근유기태양전지는새로운소자구성및제조공정조건의변화등으로효율이두드러지게향상되고있다. 유기태양전지는단분자물질의증착을통해서활성층을도입하는단분자유기태양전지와고분자를스핀코팅, 스크린프린팅, Roll-to-roll printing과같은상대적으로간단한공정으로활성층을도입할수있는고분자태양전지로구분되나, 최근에는고분자를 donor 물질로사용하고, 고분자 donor 물질에비해전자친화도가큰 C 60 유도체를 acceptor로사용하고있다. 플러렌유도체가도입되면서 donor 고분자와 blending현상이향상되었다. 이러한물리적성질로부터고분자 bulk hetero-junction 태양전지의개발이이루어졌으며, 유기태양전지의효율을급속히향상시킴으로써상용화의기반을마련하였다. 재료자체의개발이외에도다양한공정의개발로유기태양전지의효율을향상시키는연구가활발하다. 한예로서, QSEL의 F. Padinger 그룹에서열처리의도입으로효율을높인연구가진행되었다. Donor 고분자 P3HT와 acceptor 고분자 PCBM을사용하여 active layer를형성하였으며, 열처리를하지않은소자의경우 0.4% 의낮은효율을보였지만, 소자를만든후 75 에서 4분동안열처리하여 P3HT 고분자의결정성을증가함으로써효율이 2.5% 로급격하게향상된다. 또한, 열처리과정중에전기장을추가로걸어주면효율이 3.5% 까지증가된다. 용매를건조시키는공정방법에따라서정공과전기이동도를향상시키는연구가 2005년 Yang Yang 그룹에서진행되었다. PH3T:PCBN=1:1인 Active layer를 nm의다소두꺼운두께로 spin coating한후활성층에포함되어있는용매를서서히건조시키는방법을통해효율이증가함을보고하였다. 전자와정공의이동도의조화로에너지변환효율이 AM 1.5, 100mW/cm2의조건에서 4.4% 까지향상됨을보여주었다. 또한, Heeger 그룹도 P3HT:PCBM=1: nm의 active layer를음극까지제작한후 150 에서 30분열처리해줌으로써고분자의결정성을향상시키고활성층의전극

18 계면접촉을증가시켜 AM 1.5, 80mW/cm2의조건 5% 에근접할정도로효율을향상시켰다. 두물질로활성층을제작시비율과공정조건, 또한전처리, 후처리조건의변화, 사용용매등그제작공정에따라현저한효율차이가나고있다. 이를통해 P3HT의결정화정도와두물질의혼합정도및전극과의흡착정도에따라결과의차이가있는것으로결론을내릴수있다. 앞에서서술한바와같이, 유기태양전지에대한연구확대와관심은유기태양전지의상용화가능성을높이고있다. 선진국과는다르게국내의유기태양전지의연구는기간이짧고연구층도부족하지만, 유기태양전지와비슷한분야인유기발광소자 (organic/polymer light emitting display) 기술을유기태양전지개발에응용한다면선진국과의기술격차는매우빠른시간내에줄일수있을것으로보인다. 유기발광소자와마찬가지로유기물질로구성된유기태양전지역시수명과안정성이태양전지의보급화에중요한이슈이며, 체계적인연구가필요하다. 결국, 유기태양전지분야는이제막기술적가능성을확인하고본격적인연구개발이시작되고있는분야로서, 선진국이나국내모두효율과수명향상, 대면적화등실용화를위해훨씬많은일이요구되는초기개발단계라고전문가들은보고있다

19 제 3 장시장동향및전망 본장에서는공액고분자가적용되는태양전지시장과 OLED 시장에대하 여살펴보도록하겠다. 1. 산업동향 오늘날지구에서소비되는에너지는 1년에약 13테라와트 (1테라와트는 1012와트 ) 이고그양은 2050년에는약 30테라와트로증가한다고예상하고있다. 그러나우리가현재에너지원으로주로사용하고있는화석연료는약 10년후에그생산량이감소하기시작할것이라는예상이나오고있다. 또한화석연료를태움으로써발생되는이산화탄소배출로인한온실효과로지구온난화문제도심각한수준에있다. 이러한화석연료의한계점때문에전세계적으로화석연료를대체할에너지변환기술에관한연구가활발히진행되고있다. 그중에서도현재지구가직면한환경문제를해결하기위하여친환경적인에너지변환기술에대한연구가집중되고있는데, 예를들면수력, 풍력, 바이오매스, 태양광등의에너지원을우리가사용할수있는전기에너지로변환하는기술도이에포함된다. 안전하고친환경적인측면에서태양에너지도앞서언급한친환경적인에너지원중하나로사용될수있다. 연간태양으로부터지구에도달하는에너지의양은약 12만테라와트로서현재지구가연간소비하는에너지의약 1만배정도가된다. 그러므로태양으로부터나오는에너지를효율적으로변환하면지구가직면해있는에너지문제를극복할수있게된다. 재미있는예로터너라는과학자는미국에있는네바다사막에 150평방킬로미터면적에 15% 의광변환효율 ( 태양광을전기에너지로변환해주는비율로써, 모든태양광을전기에너지로완벽하게바꿔주면효율은 100% 가된다 ) 을가지는태양전지를설치하면미국전체에전력을제공할수있다고주장하기도했다. 태양전지시장은규모면에서크게는지상발전용, 소규모전자제품의전원

공급용, 그리고우주용으로나눌수있다. 지상발전용은다시계통연계유무에따라독립형태양광발전시스템과계통연계형태양광발전시스템으로구분되고, 다시독립형태양광발전시스템은주민의전원공급용과특수목적의용도 ( 통신용, 해양, 도로교통, 환경개선등다수 ) 로구분한다. 그리고계통연계형시스템은배치규모에따라소규모분산배치형시스템과대규모발전용시스템으로구분한다.

20 공급용, 그리고우주용으로나눌수있다. 지상발전용은다시계통연계유무에따라독립형태양광발전시스템과계통연계형태양광발전시스템으로구분되고, 다시독립형태양광발전시스템은주민의전원공급용과특수목적의용도 ( 통신용, 해양, 도로교통, 환경개선등다수 ) 로구분한다. 그리고계통연계형시스템은배치규모에따라소규모분산배치형시스템과대규모발전용시스템으로구분한다. < 그림 3-1> 태양전지시장의분류 한편, 1998년 AMOLED가최초로개발된이래 AMOLED는꿈의디스플레이로인식되며많은기업이 AMOLED 사업에참여하여연구개발혹은생산을시도하였다. 2003년 Sanyo와 Kodak의합작사인 SK Display는디지털카메라용 AMOLED의생산을시도하였으며, 소니또한 PDA용 AMOLED 생산을시도하였으나품질, 생산기반등의어려움으로인하여제대로생산이이루어지지않았으며, AMOLED에대한비관적인견해가확대되었다. 2000년중반 AUO, Pioneer, Sanyo 등 AMOLED 사업에참여하였던많은기업들은낮은수율, 높은제조가격, 생산기반의취약성, 낮은수명등으로인하여사업철수를발표하며, AMOLED에대한비관적인견해가더욱확대되었다. 그러나 2006년이후로 OLED 재료의성능개선이급속히이루어졌으며, 삼성SDI를시작으로 AMOLED에대한본격생산계획이발표되며 AMOLED 생산기반이확대되었다. 2007년초소니가새로운 TFT backpl ane 기술및 OLED 화소형성기술

21 을기반으로상용화제품에가까운 11인치및 27.3인치 AMOLED prototype 을발표하였으며, 11인치 OLED TV에대한양산계획을발표함에따라 AMOLED TV에대한상용화가능성이새로운이슈로대두되었다. 삼성SDI의순조로운 AMOLED 생산및노키아등을위주로한휴대폰업체의단계적 AMOLED 채용계획이발표되었으며, LG전자, LG필립스LCD, CMEL, 소니, TMD 등많은기업에서 AMOLED 생산을발표하고있어, 소형 AMOLED를시작으로본격적인 AMOLED 상용화를목전에두고있다. 2. 국내시장동향 가. 태양전지시장및산업현황 국내에서태양전지의연도별용도별누적보급량은 < 그림 3-2> 과같다. 2006년말한국의전체보급량은약 34.7MW이고, 2006년한해 21.2MW를보급하였다. 이는 2005년도한해보급량 5.0MW에비해 4배나많은것으로최근정부의대폭적인지원정책에따른발전용대규모태양광발전시스템의보급이크게증가하였기때문이다. 2007년도보급은약 50MW에달할것으로추정되고있다. 2003년까지국내시장은독립형시스템중심으로소규모의시장이형성되었으나, 2004년이후계통연계형이주시장을이루고있음을볼수있다 년말현재대규모발전용이 11.7MW, 분산배치형이 9.2MW로각각 55%, 43% 를차지하고나머지가독립형시스템의몫이다. 국내 2006년시장을금액으로환산하면시스템기준으로약 1,590억원에달한다. 태양전지모듈기준으로는그반정도가된다

22 < 그림 3-2> 국내태양전지설치보급누계 집중배치계통연계 분산배치계통연계 가정용독립형 비가정용독립형 자료 : 2006 년국내태양광보급및산업현황, 산업자원부, (2) 국내태양전지산업 2006년말현재웨이퍼및태양전지제조회사가 1개, 그리고모듈제조회사가 8개정도이다. 소재수급측면에서 LG실트론이 2007년 10MW 규모의웨이퍼생산라인을완성하였고, 2007년웅진에너지가잉곳생산에착수하였다. 한편동양제철화학이원소재인다결정실리콘생산라인을건설중에있어조만간원재료부터모듈까지완전한형태의산업구조를갖출수있게된다. 모듈제조업체는그동안소요태양전지를대부분수입에의존하였고, 또최근수년간전세계적인원재료공급차질로인하여수입도어려운실정이었으나, 현대중공업가미리넷솔라가태양전지생산라인을갖추게되면 130MW 용량의모듈제조라인가동률을크게높일수있을것이다

23 < 표 3-1> 국내태양전지관련산업및회사 실리콘잉곳웨이퍼 소재 태양전지 모듈 장비 동양제철화학 : 2007 년 5,000 톤규모태양전지용고순도폴리실리콘공장준공 KCC : 2010 년가동을목표로연산 6 천톤규모의폴리실리콘공장계획 LG : 10MW 웅진에너지 : SunPower 합작실리콘잉곳생산 KPE : 35MW( MW) 현대중공업 : 2007 년까지연간각각 30MW 한국철강 : 박막실리콘태양전지모듈생산계획 심포니에너지 : 30MW( MW) 현대중공업 : 10MW, 2008년 110MW 계획 ( MW) S-Energy : 20MW( MW) 경동솔라 : 20MW(2006 2MW) 유니슨 : 10MW(2006 1MW) LS I&E : 10MW( MW) 솔라테크 : 10MW( MW) 해성솔라 : 10MW( MW) 주성엔지니어링및진공박막제조장치회사다수 나. 국내 OLED 시장 국내에서삼성SDI는 4세대 AMOLED 양산라인투자를진행하고 2007년부터생산을개시하였다. 삼성SDI는약 5000억원을투자하여 2007년부터 LTPS 기반의 AMOLED를생산하고있다. TFT backplane으로는 4세대의 ELA 기반 LTPS backplane을사용하고있으며, Non-laser 방식의 LTPS backplane 또한개발중에있다. OLED 화소형성장비는 Tokki사의 730 x 460 장비를이용하고있으며, LITI 기술을이용하여 4세대 pilot 장비를구축하고있다. 2~3 inch의 AMOLED를생산하고있으며, AMOLED에적합한 UI를개발하기위해통신업체인 SKT과 MOU를체결하였다. 삼성전자는대형 AMOLED를위한연구개발을진행하고있으며, 아직사업화에구체적인발표는없다. 대형 AMOLED를위해비정질 Si TFT

24 backplane, 미세결정질 Si backplane, Non-laser 방식의 TFT backplane 등다양한방식을시도하고있다. OLED 또한대형화에초점을맞추어잉크젯방식, WOLED/CF 방식등대형화에유리한방식을주로검토하고있다. 2005년에 WOLED 방식을이용한 40 AMOLED를개발한바있으며, 그후잉크젯방식을이용하여 40 AMOLED를개발하였다. 또한 14 AMOLED 등다양한크기의 AMOLED를개발하였다. LG전자는 LG필립스LCD로부터 LTPS backplane을공급받아 2.2 인치 AMOLED 패널등 2인치급의 AMOLED를개발하고있으며, 구미의 PMOLED 라인을일부개조하여 2007년내에 AMOLED를생산할계획을갖고있다. 이를위해 AMOLED 장착을위한휴대폰모델을개발하고있는것으로알려져있다. LG전자는단계적으로 PMOLED 생산을줄이고 AMOLED 사업에역량을집중하기로한것으로알려져있다. LG필립스LCD는 2006년 2월코닥과기술협약을체결하고, 코닥의유기재료및자사의 LTPS 생산라인을이용하여 AMOLED를개발하고있으며, DMB 겸용휴대폰등의용도로 3인치급의 AMOLED 시생산을 2007년말부터시작하기로하였다. 네오뷰코오롱은자사의 PMOLED 생산경험을바탕으로 AMOLED에대한생산계획을검토하고있는것으로알려져있다

25 구분업체주요현황 패널 삼성 SDI 삼성전자 LG 전자 LG 필립스 LCD 네오뷰코오롱 기판재료신안 SNP 유기재료 봉지재료 LG화학제일모직 Gracel SFC 루디스 ELM 잉크테크 나노닉스현원 RNDis 모디스텍 < 표 3-2> 국내 OLED 관련업체및현황 a PMOLED 개발및생산 2007년소형 AMOLED 생산개시 a-si 및미세결정질 Si TFT AMOLED 개발 잉크젯프린팅및 WOLED/CF 방식개발 PMOLED 개발및생산 LTPS TFT AMOLED 개발, 2007년생산예정 LTPS TFT AMOLED 개발 3인치 QVGA AMOLED 2007년생산예정 PMOLED 개발및생산 AMOLED 생산검토 OLED 기판재료개발및생산 수송 / 주입재료, 발광재료개발및생산 ETL 및고분자재료개발 발광재료, 수송 / 주입재료개발및생산 발광재료, 수송 / 주입재료개발및생산 발광재료, 수송 / 주입재료개발및생산 발광재료, 수송 / 주입재료개발및생산 잉크젯용재료개발 Etching 방식유리캔개발및생산 Etching 방식유리캔개발및생산 - 제습제개발및생산 OLED 봉지소재 / 장비개발및생산 비아트론 OLED backpl ane 제조장비개발및생산 선익시스템 OLED 제조장비개발및생산 장비및 ANS OLED 제조장비개발및생산 부품 세메스 OLED 제조장비개발및생산 주성엔지니어링 OLED 제조장비개발및생산 야스 OLED 증착원개발및생산 자료 : OLED 산업동향, 전자부품연구원주간전자정보, 해외시장동향 가. 태양전지시장및산업추이

(1) 세계태양전지시장 최근 5년간지상용의전세계태양전지설치보급량 ( 시장 ) 의추이는 < 그림 3-3> 과같다. 2006년보급량은아직추정치로약 1,500MW에달하는데, 독일이전체의약 1/2, 그리고일본, 미국의순이다. 최근독일의시장이급격히증가한것은발전된전기를높은값으로매입하는 Feed-In-Tariff(FIT) 지원프로그램에의한것이주요요인이다.

26 (1) 세계태양전지시장 최근 5년간지상용의전세계태양전지설치보급량 ( 시장 ) 의추이는 < 그림 3-3> 과같다. 2006년보급량은아직추정치로약 1,500MW에달하는데, 독일이전체의약 1/2, 그리고일본, 미국의순이다. 최근독일의시장이급격히증가한것은발전된전기를높은값으로매입하는 Feed-In-Tariff(FIT) 지원프로그램에의한것이주요요인이다. < 그림 3-3> 전세계태양전지설치보급량추이 자료 : 차세대태양전지소재및소자제조기술정보조사, 과학기술부, 한편 2005년시장은용도에따라 < 그림 3-4> 와같이점유율이집계되었는데, 특수용독립형이 8% 에 108MW, 주거용독립형이 7% 에 86MW, 그리고계통연계형이약 83% 에 1,106MW이다. 이밖에소규모전자제품전원용이 2% 에 24MW를차지하였다. 현재계통연계형시스템시장은각국정부의지원대책에의존하고있는반면나머지 3개부문은타발전기술과비교하여이미경제적으로경쟁력을확보하고있다. 최근의시장급성장은계통연계형시스템에의한것인데, 독일, 일본, 미국및기타 OECD 회원국에서정부의지원으로주택및건물의지붕, 외벽, 창에태양전지를설치한것이대부분이다. 특히태양전지를건축물과일체화한싯템을 BIPV(Building Integrated Photovoltaics) 로구분하는데, 앞으로도이

부분의시장이지속적으로크게성장할전망이다. 지상에설치하는경우는별도의부지비용이소요되지만 BIPV에서는부지비용이없음은물론태양전지자체가건축물의마감재역할을겸하도록되어있어경제성측면에서도크게유리하기때문이다. < 그림 3-4> 용도에따른태양전지시장 (2005) 자료 : Strategies Unlimited - EPIA, 2006.

27 부분의시장이지속적으로크게성장할전망이다. 지상에설치하는경우는별도의부지비용이소요되지만 BIPV에서는부지비용이없음은물론태양전지자체가건축물의마감재역할을겸하도록되어있어경제성측면에서도크게유리하기때문이다. < 그림 3-4> 용도에따른태양전지시장 (2005) 자료 : Strategies Unlimited - EPIA, (2) 세계태양전지산업 시장의주류를형성하고있는결정질실리콘태양전지의경우관련산업체계는 < 그림 3-5> 과같이분류할수있다. 2006년추정에의하면모듈단가에서각기술단계별소요비용점유율은 < 그림 3-6> 과같이기판까지가 43%, 셀이 27%, 모듈이 30% 이다. 아직전체생산량의 7% 수준에불과하지만박막태양전지의경우는그체계가완전히다르다. 잉곳및웨이퍼공정없이가스, 액체또는고체상태의출발원료로부터특정기판 ( 유리, 플라스틱, 금속등 ) 위에박막을형성하여직접대면적의모듈을제작하게된다. 제조공정이비교적간단하고대량생산에적합하지만, 결정질실리콘태양전지에비해단위제조장치의규모가

크고단위가격도비싸다. 현시점에서는대면적박마글고속, 고수율, 저가로제조할수있는장비가가장핵심이되는데, 이미반도체및디스플레이분야에서확보한유사기술을토대로태양전지에적합한기술을확보한회사들이시장을선점하고있다. < 그림 3-5> 결정질실리콘태양전지관련산업체계 자료 : 차세대태양전지소재및소자제조기술정보조사, 과학기술부, 2008.

28 크고단위가격도비싸다. 현시점에서는대면적박마글고속, 고수율, 저가로제조할수있는장비가가장핵심이되는데, 이미반도체및디스플레이분야에서확보한유사기술을토대로태양전지에적합한기술을확보한회사들이시장을선점하고있다. < 그림 3-5> 결정질실리콘태양전지관련산업체계 자료 : 차세대태양전지소재및소자제조기술정보조사, 과학기술부, < 그림 3-6> 태양광모듈까지단계별제조단가구분 셀 27% 모듈 30% 웨이퍼 16% 잉곳 13% 실리콘 14% 자료 : 차세대태양전지소재및소자제조기술정보조사, 과학기술부, 박막태양전지제조단가를항목별로분류하면재료비가 45~55% 로가장많고, 장비가 20~25%, 인건비 10~15%, 그리고에너지비용 5~8% 이다. < 그림 3-7> 과같이가장핵심인태양전지생산규모면에서매년급속히성장하는것을볼수있는데, 2004년 67% 의성장률에이어 2005년, 2006년에각각전년대비 40% 성장을이룩하였다. 태양전지생산량은실제설치보급량보다더많은데, 2006년에는약 2,520MW가생산되었다

지역별로일본이전년도에비해점유율이낮아지긴했지만계속선두를지키고있고, 유럽, 기타및미국의순이다. 유럽에서는독일이압도적인우위를점하고있고, 2006년에는특히중국과대만의성장세가괄목할만하다. 2006년통계에의하면일본이 36.4%, 독일 20.0%, 중국 15.1%, 기타유럽 8.2%, 대만 6.7%, 인도 1.4%, 호주 1.3% 이다.

29 지역별로일본이전년도에비해점유율이낮아지긴했지만계속선두를지키고있고, 유럽, 기타및미국의순이다. 유럽에서는독일이압도적인우위를점하고있고, 2006년에는특히중국과대만의성장세가괄목할만하다. 2006년통계에의하면일본이 36.4%, 독일 20.0%, 중국 15.1%, 기타유럽 8.2%, 대만 6.7%, 인도 1.4%, 호주 1.3% 이다. < 그림 3-7> 국가별태양전지생산추이 자료 : 차세대태양전지소재및소자제조기술정보조사, 과학기술부, < 표 3-3> 의태양전지제조개별기업으로보면일본의 Sharp가 17.2% 로 1 위이나전년도 24.8% 점유율에비해대폭줄어들었다. 역시개별기업에서도중국의 Suntech과대만의 Motech이태양전지생산량을크게증가시켜각각 4위와 7위로올라갔다. 중국과대만의기업들이약진함에따라일본ㅇㄹ비롯한유럽회사의점유율이크게감소하였다. 한편미국의 First Solar사가 CdTe 박막태양전지만으로한해 60MW를생산하여 11위에순위를올린것은전체박막태양전지기술측면에서크게주목해야할점이다. 일본과독일에서는주택및건물용태양광발전시스템, 그리고발전용대규모시스템의대량보급을통한시장확대정책의추진으로태양전지산업이이제는완전히새로이자리매김하고있다. 2006년도전세계태양전지산업은태양전지모듈 ( 평균단가 4달러 /W) 기준으로약 100억달러에달한다

30 순위회사명 ( 국명 ) < 표 3-3> 2006 년회사별태양전지생산점유율 점유율 (%) 2005 (%) 순위회사명 ( 국명 ) 점유율 (%) 1 Sharp( 일본 ) Q-Cells( 독일 ) Kyocera( 일본 ) Suntech( 중국 ) Sanyo( 일본 ) Mitsubishi Electric( 일본 ) Motech( 대만 ) Schott Solar( 독일 ) SunPower( 필리핀 ) Isofoton( 스페인 First Solar( 미국 ) Nanjing PV( 중국 ) 2.4 자료 : 차세대태양전지소재및소자제조기술정보조사, 과학기술부, (%) 한편지금까지태양전지기술별로시장점유율을살펴보면, < 그림 3-8> 과같이단결정실리콘 (sc-si) 및다결정실리콘 (mc-si) 태양전지비중이전체의 90% 에달하고리본형태양전지가 2.7%, 그리고박막태양전지가 7.6% 를차지하였다. 단결정실리콘태양전지중 6% 는 Sanyo사의 HIT 구조태양전지로이는실리콘웨이퍼위에비정질실리콘박막을적층하여접합을형성한이종접합구조로웨이퍼기술과비정질실리콘박막제조기술이융합된기술이다. 최근다결정실리콘에비해단결정실리콘점유율이증가한것은 HIT 태양전지의생산량이증가한측면도있지만고효율의단결정실리콘태양전지수요가그만큼증가하였다는것을의미한다. 다결정실리콘에비해효율이높은단결정실리콘태양전지를사용하면태양광어레이의면적을줄일수있는장점이있다. 박막태양전지는그동안태양전지전체생산량이급증함에따라실제로는생산량이매년증가하였음에도불구하고점유률은하락하였는데, 2006년에처음으로점유율이증가한것은박막태양전지기술이시장으로부터호응을받고있다는반증이다. 기술별로는실리콘박막이 4.7%, CdTe 2.7%, CIGS 0.2% 이다

< 그림 3-8> 전세계태양전지종류별생산점유율 자료 : 차세대태양전지소재및소자제조기술정보조사, 과학기술부, 2008. 나.

31 < 그림 3-8> 전세계태양전지종류별생산점유율 자료 : 차세대태양전지소재및소자제조기술정보조사, 과학기술부, 나. OLED 시장 OLED 시장은 2006년 5억불정도의시장을형성하였으며, 2007년약 7억달러 ~ 10억달러정도의시장을형성할것으로시장조사기관은예측하고있다. OLED 시장은연평균 65~90% 정도로고속성장을하여 2010년에는 40~65억달러정도의시장을형성할것으로예측되고있다. 2007년 OLED는개수를기준으로약 1억개의시장을형성할것으로예측하고있으며, 2010년에는약 4~5억개의시장을형성할것으로예측하고있다

OLED 시장은 2007년까지 PMOLED를위주로성장하여왔으나 2007년이후 AMOLED를위주로성장할것으로모든시장조사기관은예측하고있다.

32 < 그림 3-9> 시장조사기관별 OLED 시장현황및예측 자료 : Displaybank, Displaysearch, Nanomarket, Olednet, OLED 시장은 2007년까지 PMOLED를위주로성장하여왔으나 2007년이후 AMOLED를위주로성장할것으로모든시장조사기관은예측하고있다. 2007년이후 AMOLED의본격생산에따라, AMOLED 시장은연평균 180 ~ 300% 정도의고속성장을하여 2010년약 30억달러정도의시장을형성할것으로예측되고있다. < 그림 3-10> OLED 시장현황및전망 자료 : Displaysearch,

AMOLED 시장은주로 Mobile Phone을위주로성장할것으로예측되고있다. 2007년 AMOLED 시장에있어서 Mobile Phone이차지하는비중이약 75% 정도될것으로예측되고있으며, 2010년또한 Mobile Phone이 AMOLED 시장에절대적인영향을미칠것으로예측되고있다.

33 AMOLED 시장은주로 Mobile Phone을위주로성장할것으로예측되고있다. 2007년 AMOLED 시장에있어서 Mobile Phone이차지하는비중이약 75% 정도될것으로예측되고있으며, 2010년또한 Mobile Phone이 AMOLED 시장에절대적인영향을미칠것으로예측되고있다. AMOLED 시장의성장및 Mobile Phone이차지하는비중은중대형 TV로의시장진입여부에따라크게달라질수있을것으로판단되나 2010년까지는그비중이크지않을것으로예측되고있다. < 그림 3-11> 응용기기에따른 AMOLED 시장 자료 : Displaysearch,

34 제 4 장결론 공액고분자의도핑에의한고전도성소재개발, 비선형광학소재기술등의발전에뒤이어 1990년대이래가속화된발광소재, 태양광발전소재및소자기술의발전은유기및무기물질을사용한디스플레이, 태양전지등을값싼공정비용과유연성, 박형등의이점으로대체할수있는미래의신소재가공기술이다. 디스플레이디바이스, 태양전지모듈등소자산업부문에서국내연구진및업계의개발능력은세계적으로도인정받는수준이다. 그러나부품소재분야에서는아직까지매우높은수입의존도를보이고있다. 고분자 / 저분자발광소재, 유기트랜지스터및유기박막형태양전지소재, 그리고염료감응형태양전지에사용될고체전해질등공액및비공액계의전도성, 반도체고분자와관련된소재기술부분은종합적인정부차원에서의지원과아울러각응용분야별로차별화된소재개발추진전략을수립하여야할것이다

35 < 참고문헌 > 1. 태양전지기술동향 - 고분자태양전지, 전자부품, 김정엽, 고분자와물리 : 공액이중결합형고분자, 물리학과첨단기술, 제 9 권 9호, 년국내태양광보급및산업현황, 산업자원부, OLED 산업동향, 전자부품연구원주간전자정보, 차세대태양전지소재및소자제조기술정보조사, 과학기술부, 공액고분자를이용한태양전지및유기전기발광소재기술, 한국과학기술정보연구원, 박희웅, dbrlel(oled) 신소재에사용되는고분자재료특허기술동향, 한국특허정보원, 염료감응태양전지, 한국과학기술정보연구원, C. W. Tang, Appl. Phys. Lett., 48, 183, G. Yu and A. J. Heeger, J. Appl. Phys., 78, 4510, P. Peumans and S. R. Forrest, Appl. Phys. Lett., 79, 126, S. Uchida, J. Xue, B. P. Rand, and S. R. Forrest, Appl. Phys. Lett., 84, 4218, J. Xue, B. P. Rand, S. Uchida, and S. R. Forrest, Adv. Mater., 17, 66, F. Padinger, R. S. Rittberger, and N. S. Sariciftci, Adv. Funct.Mater, 13, 85, 신원석, 진성호, Polymer Science and Technology 17, ,

유기 발광 다이오드의 전하주입 효율 향상을 통한 발광효율 향상 연구

유기 발광 다이오드의 전하주입 효율 향상을 통한 발광효율 향상 연구 - i - - ii - - iii - - iv - - v - - vi - 그림차례 - vii - - viii - - 1 - 5). - 2 - - 3 - 유기발광다이오드 ( 고분자또는저분자 ) 무기발광다이오드 (p-n junction LED) - + cathode ETL EML HTL HIL anode 발광 두께 : 100 ~ 200 nm 양극 ( 투명전극,