양창덕·박혜성 교수 "차세대 에너지원 사용 가능성 제시"

고효율의 플렉시블(flexible) 유기 태양전지의 실현 가능성이 커지게 됐다.

UNIST(총장 정무영)는 양창덕·박혜성 에너지화학공학부 교수 연구팀이 유기 태양전지 광활성층에 새로운 고분자 첨가제를 개발해 유기 태양전지의 효율 증가와 열적 안정성을 높였다고 27일 밝혔다.

유기 태양전지는 모든 층이 유기물로 이뤄진 태양전지로 이 중 광활성층은 태양빛을 직접 흡수해 전하를 생성한다. 유기 태양전지는 무기 태양전지에 비해 가볍고 대량생산이 가능해 다양한 분야에 응용할 가능성을 열어 크게 주목받고 있지만 유기 태양전지를 상용화하려면 낮은 효율과 안정성을 개선해야 한다.

특히 유기 태양전지의 광활성층에 어떤 물질이 첨가되느냐에 따라 유기 태양전지 효율에 직접적인 영향을 끼쳐 이를 중심으로 한 연구가 진행되고 있다.

연구팀은 분자량 조절기술을 개발해 높은 분자량을 가진 고품질의 물질을 합성·제작하고 광활성층에 고분자 첨가제로 사용했다. 그 결과 유기 태양전지의 효율을 최고 수준에 가까운 11.6%로 향상시키는데 성공했다. 연구팀은 이어 휘어지는 기판에 제작한 유기 태양전지에도 이 기술을 적용해 효율이 향상된 플렉시블 유기 태양전지를 제작했다.
 

고분자 첨가제 첨가(빨간색)와 미첨가(검정색) 시 유기 태앙전지 효율 비교도. 연구팀은 개발한 고분자 첨가제를 광활성층에 첨가제로 사용해 11.6%의 고효율의 유기 태양전지를 제작했다.<사진=UNIST 제공>
고분자 첨가제 첨가(빨간색)와 미첨가(검정색) 시 유기 태앙전지 효율 비교도. 연구팀은 개발한 고분자 첨가제를 광활성층에 첨가제로 사용해 11.6%의 고효율의 유기 태양전지를 제작했다.<사진=UNIST 제공>
이번에 개발한 고분자 첨가제를 사용한 태양전지는 120℃의 열을 가해도 80% 이상의 초기 효율을 유지했다. 또 60일 동안의 효율 유지 안정성 시험에서도 효율이 거의 변하지 않는 것을 확인했다.

연구팀은 이번 연구를 통해 고품질의 고분자량 물질을 분리하는 최적화된 기술을 개발하고, 유기 물질의 분자량이 유기 태양전지 특성 향상에 영향을 미친다는 사실을 증명했다. 

박혜성 교수는 "이번에 사용한 고분자 첨가제는 다른 종류의 광활성층 물질에서도 효율를 높일 것으로 기대돼 유기 태양전지의 상용화 가능성을 높였다고 볼 수 있다"며 "고효율의 플렉시블 유기 태양전지의 실현 가능성과 웨어러블 기기 등의 차세대 에너지원으로써의 사용 가능성을 높이게 됐다"고 말했다.

이번 연구성과는 국제학술지 '에너지 및 환경 과학(Energy Environmental & Science)'의 최신호에 게재됐다.

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