고효율 고분자 태양전지 제조 기술 개발

울산과기대 송명훈 교수 연구팀

(서울=연합뉴스) 권혜진 기자 = 고분자 태양전지의 단점인 낮은 효율성 문제를 해결할 수 있는 기술을 국내 연구진이 개발해 고분자 태양전지의 상용화를 앞당기는데 이바지할 전망이다.

미래창조과학부는 울산과학기술대학교 송명훈 교수 연구팀이 미래부 중견연구자지원사업의 지원을 받아 기존 고분자 태양전지의 문제점을 개선했다고 20일 밝혔다. 이런 연구성과는 재료 및 응용분야 국제학술지인 '어드밴스드 머티리얼즈' 온라인판에도 소개됐다.

고분자 태양전지는 태양빛을 흡수하는 고분자를 이용해 얻은 빛에너지를 전기에너지로 변환하는 전지로, 제작비용은 저렴하면서도 형태나 무게 등의 제약이 적어 차세대 태양전지로 주목받고 있다. 하지만 고분자 태양전지는 실리콘 태양전지보다 광전변환효율이 낮아 상용화에 한계가 있었다.

연구팀은 나뭇잎 형태의 나노구조를 갖는 산화아연 전자수송층 위에 극성용매를 처리하는 방식으로 고분자 태양전지의 효율성을 개선하는 데 성공했다.

박막 물질을 코팅해 전자수송층과 광활성층 사이의 높은 에너지 장벽을 낮춤으로써 전자의 수송을 도와 문제를 극복한 것이다. 실험결과 극성용매 처리를 한 고분자 태양전지는 극성용매를 처리하지 않은 것보다 효율성이 30% 이상 향상됐다.

일반적으로 상용화가 가능해지려면 빛을 전기로 바꾸는 광전변환효율이 10% 이상이 되어야 하는데 연구팀은 이 수치를 8.69%까지 끌어올렸다.

특히 극성용매로 합성물질 대신 에탄올이나 메탄올같이 흔한 재료를 사용했다는 점에서 더 의미가 있다.

송 교수는 "과거에는 금속산화물과 활성층 사이의 에너지장벽을 줄이는 방법으로 자기조립단분자막, 이온성 액체, 고분자 전해질과 같은 물질을 사용했는데 이 경우 원하는 물질을 합성해야 해 번거롭고, 효율도 크게 개선되지 않았다"면서 "우리가 개발한 기술은 이러한 번거로움을 해결하면서도 평소에 많이 사용하는 극성용매를 이용해 높은 소자 효율을 실현해냈다"고 말했다.