나노선 이용 고성능 유기 태양전지 개발

포스텍 조길원 교수팀, 광전류 생성효율 증가

▲ 조길원 교수, 이재원 박사, 조새벽 박사

유기태양전지의 효율을 고분자 반도체 인쇄공정을 통해 획기적으로 향상시킬 수 있는 기술이 개발됐다.

포스텍은 화학공학과 조길원 교수, 이재원 박사, 조새벽 박사 연구팀이 유기태양전지용 반도체 고분자가 코팅과정에서 나노선 형태로 자기조립 되는 현상을 규명하고, 이를 응용해 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있는 기술을 개발했다고 3일 밝혔다.

재료분야의 세계적 권위지 `Advanced Materials` 10월 22일자 최신호 표지논문으로 발표된 이번 연구성과는 유기태양전지용 반도체 고분자의 분자간 상호작용을 간단한 인쇄 공정으로 조절해 결정화도가 높은 고분자 나노선을 만들어 학계의 주목을 끌었다.

그동안 유기태양전지에 사용되는 반도체 고분자는 인쇄공정을 쉽게 하기 위해 곁가지를 붙이는 것이 필수적이었다.

연구팀은 빛 흡수를 낮추는 이러한 곁가지를 사용하는 대신 다양한 혼합용매를 사용해 분자간의 상호작용을 효과적으로 조절했다.

특히 인쇄공정 중 용매의 증발 과정을 제어하면 반도체 고분자가 나노선 형태가 된다는 것을 발견했다.

반도체 고분자 나노선은 광활성층 내에서 빛에 의해 생성된 전류의 `고속도로`역할을 해 전류의 손실을 최소화하며, 이를 통해 기존 태양전지에 비해 광전류의 생성을 2.5배 이상, 효율을 60% 이상 증가시킬 수 있다.

조길원 교수는 “이번 연구성과는 유기태양전지용 반도체 고분자가 인쇄되는 과정에서 나노선으로 만들어지는 원리를 처음으로 규명한 것”이라며 “이 연구를 바탕으로 고효율, 저비용의 인쇄용 플렉시블 유기태양전지의 개발에 기여할 것”이라고 연구의의를 밝혔다.

/박동혁기자 [e-mail]