[대학저널 임지연 기자] UNIST(총장 정무영) 에너지 및 화학공학부 양창덕 교수팀이 광활성층 내 풀러렌 유도체 대체 물질을 개발했다.
연구팀은 유기 태양전지의 광활성층에 ‘풀러렌(fullerene)’ 대신 단분자 물질(IDIC)을 써서 12.01% 높은 효율을 구현했다. 특히 새 광활성층은 300나노미터(㎚, 1㎚는 10억 분의 1m)까지 두꺼워져도 효율을 유지했다. 유기 태양전지 상용화를 위한 공정 설계에 훨씬 유리해진 부분이다.
양창덕 교수는 “지금까지 유기 태양전지의 광활성층은 100㎚ 정도로 얇아 대면적 프린팅 공정에 적용하기 어려웠다”며 “새로 개발한 광활성층은 300㎚ 정도로 두꺼워져도 효율을 유지할 수 있어 상용화를 위한 공정이 훨씬 수월해질 것”이라고 말했다.
현재 우리가 사용하는 태양전지는 대부분 실리콘(Si) 반도체를 이용하는 ‘무기 태양전지’다. 이 태양전지는 효율이 높고 안정적이라는 장점이 있지만 만들기 까다롭고 비싸며 유연하지 않다. 이 때문에 미래형 태양전지로는 가볍고 유연하며 제작이 쉬운 ‘유기 태양전지’나 ‘페로브스카이트 태양전지’가 주목받는다.
유기 태양전지는 페로브스카이트 태양전지보다 높은 효율을 기록하진 못했지만 안정성과 재현성 측면에서 강점이 있다. 특히 상용화 가능한 수준인 10% 효율은 이미 달성한 상태라 과학자들은 상용화에 걸림돌이 되는 문제를 해결하는 기술에 집중하고 있다. 이번 연구에서 양창덕 교수팀은 ‘광활성층의 두께 문제’를 해결해 대면적 프린팅 공정에 한 발 다가갔다.
양창덕 교수는 “이번 연구는 비(非)풀러렌 계열의 유기 태양전지의 광활성층을 위한 소재 합성에 새로운 길을 제시했다”며 “앞으로 고효율 유기 태양전지 제작과 상용화에 크게 기여할 것”이라고 말했다.
한편 이번 연구는 영국왕립화학회(Royal Society of Chemistry)에서 발행되는 에너지·환경 분야의 권위 있는 학술지 ‘에너지 및 환경과학(Energy&Environmental Science, EES)’ 6월 22일자 온라인판에 게재됐다. 논문명은 ‘Ultrafast Channel II Process Induced by a 3-D Texture with Enhanced Acceptor Order Ranges for High-Performance Non-Fullerene Polymer Solar Cells’다.
[ⓒ 대학저널. 무단전재-재배포 금지]
