In order to replace fossil fuels with environment-friendly renewable energies, the high-efficiency energy materials and devices have been explored and also research have been conducted to improve stability for commercialization. It is essential to understand the phenomena occurring at the interfaces of solution-processed organic materials, which have merits for mass production, to develop highly efficient and stable energy applications with hierarchical structure. Especially, we are interested in the typical interfaces that can be found in the organic materials for energy applications. In the case of polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC), we are interested in catalyst layer where the three-phase boundaries are presented. Hole transfer layer of perovskite solar cell are also investigated. In this work, we have modeled multilamellar structure, which is experimentally suggested, using full atomistic molecular dynamics simulations and the morphologically driven transport properties observed in the catalyst layer. In addition, we propose a new hole-transporting materials with improved moisture stability for the perovskite solar cell using quantum mechanics based density functional theory and molecular mechanics based on the classical equation of motions.
화석 연료를 대체할 수 있는 고효율의 신재생 에너지 장치 및 소재의 연구개발이 활발하게 이루어져 왔으며 상업화를 위한 내구성 향상 연구 또한 활발히 진행되고 있다. 이와 같은 고효율의 안정적인 에너지 소자 개발을 위해 용액공정으로 양산할 수 있는 유기물의 계면에서 일어나는 현상을 이해하는 것이 선행되어야 한다. 에너지 소자에서 발견할 수 있는 유기재료의 계면으로는 고분자 전해질 연료전지의 촉매층에서 관찰되는 전해질막과 전극 사이의 계면 그리고 페로브스카이트 태양전지의 정공수송재료가 가지는 계면이 대표적이다. 본 연구에서는 실험적으로 제안된 나피온의 라멜라 구조를 전산모사하고 연료전지의 촉매층에서 발견될 수 있는 각각의 내부구조에 따른 물질 수송 특성을 알아보고자 한다. 더불어 페로브스카이트 태양전지의 수분 안정성을 높여주는 새로운 정공 수송 재료를 제안하고자 이들의 물리적 성질을 제일원리 기반의 밀도함수 이론과 분자동역학을 활용하여 고찰하고자 한다.
