100㎠정도 대면적에서도 7.45%이상 효율을 유지하는 단분자 태양전지 소재가 개발됐다.
한국화학연구원(원장 이규호)과 포스텍(총장 김도연)은 상용화에 가까운 넓은 면적에서도 높은 효율을 내는 새로운 개념의 유기 태양전지 소재를 개발했다고 29일 밝혔다.
이 연구는 이상규·이종철 화학연 그린화학소재연구본부 책임연구원과 박태호 포스텍 화학공학과 교수가 공동연구자로 참여했다.
연구결과는 어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials) 내부 표지논문(6월 22일자)으로 게재됐다.
유기태양전지는 유기 반도체 소재를 이용해 태양광을 전기로 바꾸는 차세대 태양전지다. 필름처럼 얇고 가볍다. 휘어지는 성질을 가져 다양한 용도로 활용할 수 있다.
휴대용 웨어러블 기기, 아웃도어 제품 등에 부착해 전기 콘센트 없이도 쉽게 충전할 수 있다. 색상과 디자인을 입힐 수 있어 인테리어 내장재, 건물 외벽 등에도 쓰일 수 있다.
전세계적으로 유기태양전지의 상용화를 위한 소재 개발 연구가 진행되고 있지만, 대부분 단위셀(0.1㎠이하) 규모 이하의 연구에 그치고 있는 실정이다. 유기태양전지 상용화를 위해서는 실험실 수준의 단위셀(0.1㎠이하)뿐만 아니라 대면적(100㎠이상)에서도 효율이 나와야 한다.
연구팀은 유기태양전지 구조내에서 태양광을 직접 흡수하는 광활성층에 신개념 단분자 소재를 도입해 효율을 높였다. 단분자 소재는 고분자 소재에 비해 제조, 정제 및 물성 조절이 용이하다.
연구팀이 개발한 소재는 상용화에 가까운 모듈(10X10㎠)에서 7.45%의 효율을 기록했다. 통상 시중에 나와있는 제품은 고분자 소재인데다 효율은 6~7% 수준이다.
이상규 책임연구원은 “이번에 개발한 새로운 단분자 소재는 단위셀과 대면적 모듈에서, 기존 소재에 비해 월등히 우수한 효율과 성능을 유지했다는 데 의미가 있다”고 말했다.
박태호 포스텍 교수는 “첨가제 없이도 단위셀과 대면적 모듈에서 높은 효율을 달성했다”며 “단분자 유기태양전지에서의 높은 안정성을 달성할 수 있는 중요한 연구결과”라고 말했다.
이종철 책임연구원은 “제4차 신재생 에너지 기본계획에 따라, 공공기관 (연면적 1000㎠이상 건축물) 에너지 사용량의 10% 이상을 신재생에너지로 공급해야 하는 등 파리 기후변화 협약 이후 신재생 에너지 활용이 더욱 강조되고 있다”며 “유기태양전지는 전세계적으로 이르면 올해, 늦어도 2017년에는 시장진입이 이루어질 기술”이라고 덧붙였다.
이 연구는 산업통산자원부 (한국에너지기술평가원) 에너지 기술 개발사업 지원을 받았다.
대전=박희범 과학기술 전문기자 hbpark@etnews.com
