광전환 효율 높인 차세대 태양전지 나온다

국내 연구팀, 관련 기술 개발

[아시아경제 정종오 기자] 국내 연구팀이 차세대 에너지원으로 떠오르고 있는 플라스틱 태양전지(고분자-고분자 태양전지)의 광전환 효율을 크게 높이는데 성공했다. 기존의 효율(4%)을 1% 높였다. 5% 이상의 효율을 나타냈다. 이 기술을 응용하면 기존의 태양전지를 대체할 수 있을 것으로 기대된다.

▲플렉서블 고분자·고분자 태양전지 샘플.[사진제공=한국연구재단]

고분자-고분자 태양전지는 기존의 풀러렌 유기태양전지에 비해 상용화에 핵심요소인 기계적 안정성뿐만 아니라 열에 대한 안정성도 크게 향상시킬 수 있다. 다만 풀러렌 유기태양전지(10%)에 비해 고분자-고분자 태양전지의 광전환 효율은 4% 이하로 매우 낮다. 이는 광 활성층을 형성하는 두 고분자가 잘 섞이지 않고 과도하게 분리되는 현상(상 분리)이 발생하기 때문이다.

연구팀은 전도성 고분자의 분자량과 구조를 조절함으로써 두 고분자의 상 분리 현상을 효과적으로 제어해 5% 이상의 높은 광전환 효율을 가진 태양전지를 개발했다. 현재 태양전지의 광전환 효율을 6%까지 끌어올렸는데 이 수치는 지금까지 학계에 보고된 것 중에서 가장 높은 효율이다.

이번 연구는 카이스트(KAIST) 김범준, 부산대 우한영 교수(공동 교신저자)가 주도했다. KAIST 강현범, 부산대 우딘 모하메드 아프사르 박사(공동 제1저자)가 참여했다. 화학분야 학술지인 JACS(Journal of the American Chemical Society) 2월 18일자((논문명 : Determining the Role of Polymer Molecular Weight for High-Performance All-Polymer Solar Cells: Its Effect of Polymer Aggregation and Phase Separation)에 실렸다.

김범준 교수는 "고분자 플라스틱 태양전지가 미래 에너지원 특히 유연성이 필요한 휴대용 차세대 전자소자의 에너지원으로서 높은 응용가능성을 보여주는 사례"라고 말했다.