경상대 김윤희 교수팀, 7% 이상 고효율 유기태양전지 재료 개발

경상대 김윤희 교수[사진제공=경상대학교]

아주경제 김태형 기자= 경상대학교(총장 권순기) 연구팀이 새로운 극성구조의 도입을 통해 유비쿼터스 태양전지에 적용 가능한 플라스틱 반도체를 개발해 향후 유기태양전지의 상용화에 기여할 것으로 기대된다.

경상대 화학과 김윤희 교수와 포항공대 화학공학과 박찬언 교수 연구팀이 미래창조과학부의 글로벌프론티어사업과 중견연구자사업(핵심) 지원으로 수행한 이번 연구결과는 재료분야 국제학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼스'(Advanced Functional Materials) 5월 26일자 온라인판 표지논문으로 게재되었다.

연구팀은 관련 원료물질 등에 대해 국내특허와 해외특허를 출원한 상태다.

현재 상용화되어 있는 실리콘과 같은 무기물 기반의 태양전지와 달리 유기물 재료를 이용한 태양전지는 용액공정으로 대량생산이 용이하여 경제적인 데다 가볍고 유연하기 때문에 활용범위를 넓힐 수 있는 차세대 에너지원으로 주목받고 있다.

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하지만 유기태양전지는 아직까지 차세대 에너지원으로 적용하기에는 광전변환 효율이 실리콘 태양전지에 못 미치는 것이 큰 단점이었다.

어드밴스드 펑셔널 머티리얼스 5월 26일자 온라인판 표지[경상대학교 제공]

연구팀은 전류특성이 우수하며 전하 이동도가 높아 고효율 태양전지 특성을 가질 수 있는 새로운 극성의 포스폴(phosphole) 구조를 도입한 태양전지 재료를 개발했다. 

고분자 유기태양전지에서 전자받개 유닛이 상대적으로 강한 전자친화도를 나타내거나 전자를 강하게 끌어당겨 전하 이동이 잘되면 효율을 높일 수 있다. 연구팀은 전자받개 유닛에 강한 극성을 갖는 포스폴 구조를 도입하여 전하 수송 능력을 크게 향상시킬 수 있었다.

김윤희 교수는 이번 연구에 대해 "강한 극성을 갖는 포스폴 옥사이드 구조를 도입하여 전하 이동을 개선하면서 유기태양전지 효율이 우수한 신규 재료를 개발한 것"이라면서 "전례 없는 신개념의 고성능 재료 개발이라는 점에 그 의의가 있다"고 말했다.

현재 실리콘 기반의 무기물 태양전지의 높은 공정 비용과 낮은 유연성을 극복할 수 있는 유기태양전지 재료를 개발하려는 연구가 활발하다. 연구팀의 이번 연구 결과를 바탕으로 무기물 태양전지의 효율을 뛰어넘는 유기태양전지 재료의 개발이 더욱 박차를 가할 수 있을 것으로 기대된다.