세계 최고수준 효율 유기태양전지 제조기술 개발

김영규 경북대 교수..'고분자 다중나노점' 형성 기술

김영규 경북대 교수…'고분자 다중나노점' 형성 기술

(서울=연합뉴스) 정성호 기자 = 간단한 제조공정을 통해 세계 최고 수준의 효율을 띠는 유기 태양전지 제조기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국연구재단은 김영규 경북대 교수팀이 유기 태양전지의 전자 수집층에 나노미터(㎚) 크기의 점들을 형성시키는 '고분자 다중나노점' 기술을 개발했다고 23일 밝혔다.

연구 결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스' 14일자 온라인판에 실렸다.

유기 태양전지는 유기반도체를 광 활성층(빛을 받아들이는 부분)으로 삼는 태양전지를 말한다.

광 흡수성이 뛰어나고 인쇄하듯 제작할 수 있는데다 아주 얇으면서도 유연한 태양전지를 만들 수 있어 주목받고 있다. 그러나 정공(양전하) 수집층으로 주로 쓰이는 물질이 높은 산성을 띠어 안정성이 문제로 지적됐다.

이에 따라 최근에는 산성 물질을 사용하는 대신 금속산화물을 코팅한 전자 수집층을 이용해 양전하와 전자를 반대 방향으로 수집하는 '역구조형 소자'에 대한 연구가 활발하다.

연구팀은 이번에 역구조형 유기 태양전지 소자의 금속산화물 전자 수집층 위에 고분자인 '페오즈'(PEOz) 용액을 특정 농도로 코팅해 수 나노미터에서 수십 나노미터 크기의 점들이 올록볼록하게 나온 '고분자 다중나노점'이 형성되도록 했다.

이렇게 형성된 고분자 다중나노점은 전자의 수송 능력을 높이고 통상 잘 붙지 않는 유기 반도체와 금속산화물이 잘 붙고 접촉하는 표면도 넓어지게 해 더 많은 전하를 수집할 수 있게 했다.

김 교수는 "고분자 다중나노점을 적용한 태양전지는 단일층 유기 태양전지로는 세계 최고 수준인 10.74%의 효율을 달성했고 기존 소재보다 우수한 접합 특성을 보여 유기 태양전지 소자의 수명 향상 연구에도 기여할 것으로 보인다"고 말했다.

또 이 구조는 기존의 금속산화물 코팅 물질보다 제조공정이 간단하고 저렴하면서도 효율은 높아 유기 태양전지 상용화를 앞당기는 데 큰 역할을 할 것으로 김 교수는 기대했다.

김 교수는 "유연 고분자 디스플레이와 센서 등 다양한 유연 유기 전자제품 개발에도 적용될 것으로 기대된다"고 덧붙였다.

이 연구는 미래창조과학부와 교육부, 연구재단이 지원하는 중견연구자 지원사업 및 중점연구소 지원사업을 통해 수행됐다.

sisyphe@yna.co.kr

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