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고효율 '유기 태양전지' 앞당길 '신물질' 나왔다

양창덕 UNIST 교수, 광활성층 내 풀러렌 유도체 대체 물질 선봬
풀러렌 유기 태양전지 소자로 12.01% 광전효율 구현.<사진=UNIST 제공>풀러렌 유기 태양전지 소자로 12.01% 광전효율 구현.<사진=UNIST 제공>

국내 연구팀이 고효율 유기 태양전지 상용화를 앞당길 신물질을 개발했다.

UNIST(울산과학기술원·총장 정무영)는 양창덕 에너지 및 화학공학부 교수 연구팀이 유기 태양전지의 광활성층에 '풀러렌'(흑연·다이아몬드처럼 탄소 원자만으로 이뤄진 안정된 물질) 대신 단분자 물질(IDIC·다환식 방향족 물질의 하나로, 광활성층에서 풀러렌을 대체하기 위해 쓰이는 물질)을 사용해 12.01%의 효율을 구현했다고 11일 밝혔다.

풀러렌은 탄소 원자 60개로 이뤄진 분자로 축구공 모양을 하고 있다. 흑연이나 다이아몬드처럼 탄소 원자만으로 이뤄진 안정된 물질이다. 다이아몬드를 능가하는 단단함을 가지고 있으며 고온·고압에도 견딜 수 있다. 또 특이한 전기적 반응을 일으킨다.

현재 사용되는 태양전지는 대부분 실리콘 반도체를 이용하는 '무기 태양전지'다. 무기 태양전지는 효율이 높고 안정적이라는 장점이 있지만, 만들기 까다롭고 비싸며 유연하지 않다는 단점이 있다.

가볍고 유연하며 제작이 쉬운 유기 태양전지가 미래형 태양전지로 주목받았지만, 광활성층의 두께 문제 등이 상업화에 걸림돌이 됐었다.

광활성층은 두꺼워지면 효율이 떨어지는 특성 때문에 공정화가 까다로웠다. 그러나 연구팀이 IDIC로 만든 새 광활성층은 300나노미터(㎚·1㎚=10억 분의 1m)까지 두꺼워져도 효율을 유지했다.

양창덕 교수는 "이번 연구는 비 풀러렌 계열의 유기 태양전지 광활성층을 위한 소재 합성에 새로운 길을 제시했다"라며 "고효율 유기 태양전지 제작과 상용화에 크게 이바지할 것"이라고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 에너지와 환경 분야 학술지인 '에너지 및 환경과학(EES)' 온라인판에 최근 게재됐다.
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