KIST(한국과학기술연구원·윤석진)는 손해정 차세대태양전지연구센터 박사팀이 유기태양전지의 대면적화에서 발생하는 성능감소 요인을 밝히고, 신규 광활성층 고분자 첨가제 소재를 통해 유기태양전지 대면적화 기술을 개발했다고 9일 밝혔다. 

3세대 태양전지에 속하는 유기태양전지는 프린팅 형태로 제작 후 건물의 외벽이나 유리창에 붙여 활용할 수 있어 도심 태양광 발전의 핵심기술로 기대를 모으고 있다. 하지만 태양 빛을 흡수해 이를 전력으로 전환하는 광활성 영역이 0.1㎠ 이하의 매우 작은 크기에 머물러 있고, 실질적으로 전력 수급이 가능한 면적인 수 m²로 확장할 때 발생하는 성능감소와 재현성 문제는 상용화에 걸림돌로 여겨지고 있다.

이러한 문제는 유기태양전지 제작과정 중 용액공정에서 발견된다. 실험실 연구단계에서 활용하는 용액공정인 스핀코팅 방법은 기판이 빠르게 회전하며 용매가 빠르게 증발해 광활성층의 균일한 혼합형태를 얻을 수 있지만 산업용으로 활용가능한 대면적 연속 용액공정은 용매 증발속도가 느려 태양전지 성능이 저하되는 원인이 되기 때문이다.

이에 연구진은 응집화가 잘 일어나는 소재와 상호작용해 응집을 막을 수 있는 고분자 첨가제를 개발해 문제를 해결했다. 연구진에 따르면 기존에 대표적으로 쓰이는 이성분계 소재와 비교했을 때 성능이 3.5% 이상 향상된 14.7%의 태양전지모듈 효율을 달성했다. 또 85℃ 가열 환경에서도 1,000시간 동안 초기효율의 84% 이상을 유지함으로써 효율과 안정성을 동시에 입증했다.

손해정 박사는 "고품질의 대면적 용액공정이 가능한 태양전지 소재의 핵심원리를 제안함으로써 유기태양전지 상용화에 가까워졌다"면서 "후속연구를 통해 상용화가 이루어지면 건물 외벽이나 자동차 등에 쉽게 적용해 전기를 자급자족 하는 친환경 발전이 가능하고, 모바일 및 사물인터넷 기기의 전력 공급원으로 활용될 수 있을 것"이라고 기대했다.