국내 연구진이 고분자 태양전지의 단점인 낮은 효율과 안정성 문제를 해결했다. 큰 면적으로 제작 가능하고 유연한 태양전지 상용화를 앞당길 전망이다. 송명훈 울산과학기술대학교(UNIST) 교수 연구팀은 “나뭇잎 형태 나노구조를 가진 산화아연 전자수송층 위에 용매를 처리해 고효율·고효율 태양전지를 개발했다”고 20일 밝혔다. 기존 유기 태양전지보다 태양전지 효율을 30%가까이 끌어올렸다.
고분자 태양전지는 간단한 용액공정으로 제작할 수 있다. 비교적 적은 비용으로 큰 면적으로 만들 수 있다. 형태 제약이 적고 유연하게 만들 수 있어 차세대 태양전지로 각광받고 있다. 그러나 기존 상용 실리콘 태양전지와 비교해 장치 안정성이 떨어지는 단점을 가지고 있다. 광전변환효율도 낮아 상용화에 어려움이 있었다.
연구팀은 전자가 원활하게 추출될 수 있도록 도움을 주는 산화아연 나노 전자수송층에 극성 용매를 처리하는 방식을 적용했다. 극성 용매 처리로 처리 하지 않은 역구조 유기 태양전지 효율(6.71%)을 8.69%까지 올렸다. 태양전지는 광효율 10% 이상이 돼야 상용화 할 수 있는 것으로 알려졌다.
연구팀은 박막물질 코팅으로 장치의 층 사이에 있는 높은 에너지 장벽을 낮춰 전자 수송을 도왔다. 금이나 은같은 공기 중 안정성이 높은 금속을 양극으로 사용했다. 합성물질 대신 에탄올이나 메탄올처럼 흔히 사용되는 극성용매만 사용해 효율을 높였다. 송 교수는 “극성용매로 선택적 계면조절 방법은 유기 태양전지의 효율향상 뿐만 아니라 유기반도체 소자분야에도 응용될 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.
권동준기자 djkwon@etnews.com
