3성분계 유기태양전지의 전하 재활용 메커니즘 세계 최초 규명

경일대 화학공학과 황형진 교수팀

국내 연구진이 3성분계 유기태양전지 내에서 일어나는 전하 재활용 메커니즘을 세계 최초로 규명해 학계의 주목을 받고 있다.

경일대 화학공학과 황형진(35, 사진) 교수 연구팀은 세종대 나노신소재공학과, 포항공대 화학공학과, 한양대(서울캠퍼스) 물리학과 연구팀과의 공동연구를 통해 유기태양전지에서 전자 주개 역할을 하는 *전도성 고분자의 주사슬과 곁가지를 확장하여 3원계 유기태양전지 광활성층의 미세구조를 조절하고 그에 따른 전하 생성 메커니즘을 규명했다.

연구진들은 3원계 유기태양전지의 광활성층을 전자 주개인 전도성 고분자와 *플러렌 (fullerene, PC71BM) 그리고 *비플러렌(nonfullerene, ITIC) 전자 받개로 구성해 연구를 진행하였다.

특히 전도성 고분자의 주사슬과 곁가지 확장으로 인하여 전자 주개 전도성 고분자와 전자 받개 비플러렌(ITIC) 계면에서 일어나는 에너지 손실 경로인 삼중항 엑시톤 형성을 또 다른 전자 받개 물질인 플러렌(PC71BM)이 효과적으로 제어해 전체 3원계 시스템에서 일어나는 전하 재활용 동역학을 초고속 *순간 흡수 분광법(transient absorption spectroscopy)을 이용하여 명확하게 관찰하고 규명했다. 

이번 연구 성과는 전기화학분야 최고학술지(Impact factor 23.101)인 ‘ACS energy letters’에 게재가 확정됐다. 황형진 교수는 2021년 한국연구재단 이공분야기초연구사업 기본연구에 선정되어 3년간 1억 3천만원의 연구비를 지원받고 있다.

/심한식기자 [e-mail]

*순간 흡수 분광법(transient absorption spectroscopy) : 레이저를 이용하여 물질의 들뜸상태나 순간적으로 존재하는 상태로 만들어 물질의 흡수율 변화를 조사하는 분광학 기술

*전도성 고분자 : 유기태양전지의 광활성층을 구성하는 대표적인 전자 주개 소재

*플러렌(fullerene) : 유기태양전지의 광활성층을 구성하는 공을 닮은 대표적인 전자 받개 소재

*비플러렌(nonfullerene) : 플러렌 구조의 한계를 극복하기 위한 유기태양전지의 광활성층을 구성하는 전자 받개 소재