국내 연구팀, 물로 만드는 친환경 유기 태양전지 개발

 

유기 전자소자를 유독한 유기 용매공정 없이 친환경적으로 제작할 수 있는 길이 열렸다.

26일 한국연구재단에 따르면 김범준 교수(한국과학기술원)와 우한영 교수(고려대학교) 연구팀이 공동연구를 통해 물 기반 친환경 공정기술로 만들 수 있는 고성능 유기 태양전지 및 유기 트랜지스터를 개발했다.

유기 태양전지, 유기 트랜지스터와 같은 유기 전자소자는 유연하고 가벼운 특성, 값싼 인쇄공정 등의 장점을 지니고 있다. 그러나 소재의 소수성으로 인해 주로 클로로포름, 톨루엔 등의 매우 유해한 유기용매를 사용해야 제작할 수 있었다.

연구팀은 물과 에탄올로 구성된 혼합용액에 잘 녹는 친수성 고성능 전도성 유기 소재를 개발했다. 이를 기반으로 수용액 공정에서 유기 태양전지와 유기 트랜지스터를 개발했을 때 높은 광전변환 효율과 전하 이동도를 지니고 있었고, 뿐만 아니라 우수한 대기 안정성도 확인됐다.

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개발된 소재는 올리고에틸렌글리콜 곁사슬을 포함한다. 연구팀은 이 소재가 순수한 물이나 순수한 에탄올에서 거의 녹지 않지만, 시중에 파는 술(럼주)과 같은 물-에탄올 혼합 용매에서 용해도가 130배나 향상되는 점에 착안했다.

특히 이 연구에서는 전 공정에 걸쳐 유독한 유기 용매를 전혀 사용하지 않았다. 박막 공정에서 반드시 필요한 유해물질 차단 장비(글로브 박스)가 불필요하고 작업자 친화적으로 소자 제작이 가능해진 것.

김범준 교수는 “이 연구는 지속가능한, 인체·환경 친화적인 공정 기술의 개발이라는 측면에서 매우 중요한 일”이라며 “앞으로 유기 전자소자 제작의 패러다임을 바꾸고, 기술의 실제 상용화를 크게 앞당길 것으로 기대한다”고 말했다.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 나노소재기술개발사업, 글로벌프론티어사업의 지원으로 수행됐다. 재료분야 국제학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼스(Advanced Energy Materials)’ 12월 5일 논문으로 게재되고, 연구의 우수성을 인정받아 표지논문(Cover Image)으로 선정됐다.