고효율 유기 태양전지 소재 개발

효율 낮은 단점 극복

▲고효율 유기 태양전지가 개발돼 관심을 모으고 있다.[사진제공=미래부]

[아시아경제 정종오 기자] 고효율 유기 태양전지용 소재가 개발됐다. 국내 연구팀이 유기 태양전지의 효율을 높일 수 있는 소재를 개발해 앞으로 가볍고 유연한 유기 태양전지의 효율을 실리콘 기반의 무기 태양전지 수준으로 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다. 각종 디스플레이나 센서 등에 폭넓게 활용할 수 있다.

유기 태양전지는 반도체성을 띠는 유기화합물을 이용한 태양전지로 용액공정으로 제조할 수 있어 유연한 것이 장점이나 무기 태양전지에 비해 효율이 낮은 것이 단점이었다. 유기 태양전지는 경제적이고 가벼운 데다 구부릴 수 있어 응용의 폭이 넓다. 그럼에도 광전변환 효율은 10%대로 실리콘 태양전지에 못 미치는 수준이다.

연구팀은 고온 열처리 공정으로 인한 효율 감소를 극복할 수 있는 열안정성이 우수한 유기반도체 고분자를 설계해 최고 효율(6.81%)의 하부 셀을 만들어 냈다. 기존 하부 셀에 사용되는 고분자와 풀러렌 유도체의 효율이 5% 수준인 데 반해 향상된 것이다. 풀러렌은 탄소로 구성된 축구공 같은 모양의 물질을 말한다.

평면성이 큰 물질(방향족)을 연결고리로 도입해 광활성 고분자의 전하이동도와 결정성을 높이고 고온에서도 안정성을 유지하도록 하부 셀 소재를 설계한 데 따른 것이다. 앞으로 높은 효율의 상부 셀을 확보할 경우 12% 이상의 광전변환효율을 달성할 수 있을 것으로 내다보고 있다.

부산대 화학과 황도훈 교수 연구팀이 이번 연구를 수행했고 연구결과는 영국 왕립화학회가 발행하는 에너지 환경 분야 국제학술지(Energy & Environmental Science) 온라인판 10월8일자(논문명 : Effect of π-Conjugated Bridges of TPD-based Medium Bandgap Conjugated Copolymers for Efficient Tandem Organic Photovoltaic Cells)에 실렸다.

황 교수는 "상하부 셀 각각이 다른 파장대의 태양광을 흡수해야 시너지 효과를 내 고효율을 얻을 수 있다"며 "앞으로 고효율의 상부 셀만 확보된다면 유기 태양전지의 효율을 무기 태양전지에 가까운 수준으로 향상시킬 수 있을 것"이라고 말했다.