미래 신재생 에너지원으로 각광받는 유기 태양전지의 효율과 수명을 늘린 기술이 개발됐다.
고두현 경희대 교수와 권석준 한국과학기술연구원(KIST) 박사 공동연구팀은 기존 태양전지보다 효율과 수명을 늘린 유기 태양전지기술을 개발했다고 12일 밝혔다.
유기 태양전지는 태양빛을 받아 생성된 전자를 주는 물질인 도너(donor)와 태양빛을 받아 생성된 전자를 받는 물질인 억셉터(accepter)가 혼합된 유기물질로 만들어진다. 그동안 유기태양전지는 작동 중에도 도너와 억셉터가 지속적으로 분리돼 효율이 떨어지고 수명이 짧았다. 이런 불안정한 상분리 특성은 유기 태양전지 수명을 제한시키고 상업화 가능성을 저해하는 주된 원인으로 꼽힌다.
연구팀은 도너와 억셉터 대신 서로 다른 두 가지 종류의 고분자 도너와 탄소 원자가 포함된 억셉터 물질을 특정 비율로 혼합하는 4성분계 벌크 이종 접합 방법을 개발해 태양전지에 적용했다.
연구결과 섭씨 65도의 비교적 높은 온도에서 1년간 보관했을 때 초기 광전 변환 효율이 72% 이상을 유지했다. 기존 태양전지가 1개월 내 성능이 초기 효율 대비 50%로 급감하는 것과는 대조적이다. 여름 자동차 내부 실내 온도(섭씨 95도)보다 높은 섭씨 120도에 이르는 고온 등 혹독한 환경에서도 1개월 내 성능이 초기 광전변환 효율의 약 70% 이상을 유지했다. 다성분계 벌크 이종 접합 태양전지는 광흡수 영역을 확대시키고 도너-억셉터 간 계면을 증가시켜 효율이 약 11% 향상됐다.
고두현 교수는 “유기 태양전지 효율과 안정성을 동시에 향상시킬 수 있는 새로운 플랫폼 기술을 개발한 것”이라면서 “눈에 보이는 색상 차이를 미세하게 조절할 수도 있어 건물 창이나 외벽에 미학적 용도로 사용하는 창호형 태양전지로 적용할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
연구결과는 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 1월 16일자에 게재됐다.
송혜영기자 hybrid@etnews.com
