국내 연구팀이 변환효율을 높여 유기태양전지 상용화를 앞당길 기술을 개발했다.
포스텍(총장 김무환)은 박태호 화학공학과 교수팀이 이종철 한국화학연구원(KRICT) 박사팀과 공동으로 유기태양전지 효율을 떨어뜨리고 안정성을 감소시키는 것으로 지적돼 온 광흡수층 상분리 문제를 개선하는데 성공했다고 1일 밝혔다.
연구팀은 유기태양전지의 단점인 낮은 변환효율과 짧은 수명 불안정성을 해결할 수 있는 해답을 분자량이 적은 저분자에서 찾았다.
유기태양전지 분야에서 광흡수층으로 사용하는 저분자 물질은 고분자 물질에 비해 간단한 합성법으로 공정 단가를 절약할 수 있다. 고분자 물질의 고질적인 문제인 합성배치마다 광전기적 특성이 달라지는 문제를 해결하기 위한 수단으로 관심을 끌고 있다. 하지만 저분자 유기태양전지는 고분자 소자에 비해 광흡수층 상분리 현상으로 인해 효율이 감소하고, 안정성이 저하되는 치명적인 문제점이 있다.
연구팀은 할로젠 원소를 도입해 신규 저분자 물질을 개발해 쌍극자 모멘트 세기 변화를 유도하고 풀러렌 분자끼리 뭉치는 현상을 완화했다. 최적화된 모폴로지가 첨가제 없이 10.5% 높은 전력변환효율을 나타내며 저분자 기반 태양전지에서 78.0% 충전율을 보였다. 상호보완적 광흡수가 가능한 탠덤형 태양전지에 적용했을 때 최대 15.1% 초고효율을 나타냈다. 지금까지 보고된 저분자 기반 태양전지 최고 충전율 76.9%, 최고효율 15%보다 높은 수치다.
박태호 교수는 “화학첨가제 없이 저분자 유기태양전지의 세계 최고 충전율을 달성했으며, 탠덤형 태양전지에 적용해 효율을 극대화했다”며 “신규 저분자 기반 광흡수 물질 개발의 새로운 패러다임을 제시했다”고 말했다.
포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com
