입을 수 있는 전자기기에 맞는 태양전지 개발

국내 연구팀, 기존보다 60배 잘 늘어나면서 내구성 470배 이상 향상

▲풀러렌을 대신하는 전도성 고분자 도입을 통한 유기태양전지의 효율과 기계적 안정성 향상 개략도.[사진제공=미래부]

[아시아경제 정종오 기자] 유연하고 입을 수 있는 전자기기에 반드시 필요한 차세대 유기태양전지가 개발됐다. 기존 유기태양전지에 사용되는 '풀러렌' 대신 '고분자'를 사용해 기존보다 60배 잘 늘어나면서도 내구성은 470배 이상 향상시켰다.

국내 연구팀이 플렉서블 디스플레이와 스마트 안경 등 차세대 플렉서블·웨어러블 전자기기의 에너지원으로 각광받고 있는 유기태양전지의 상용화 가능성을 한층 높였다. 유기태양전지는 무기물이 아닌 유기(탄소화합물) 재료를 주원료로 사용하는 태양전지를 말한다.

유기태양전지는 가볍고 유연한 유기물 박막을 기반으로 하기 때문에 기존 무기태양전지에 비해 유연하고 가볍다. 우수한 빛 흡수력과 낮은 공정단가 등 많은 장점을 가지고 있어 주목을 받고 있다. 기존 유기태양전지는 효율은 높은데 그 안에 포함된 풀러렌의 취성(잘 깨지는 성질) 때문에 플렉서블 소자에 사용하기에는 내구성이 부족해 상용화에 어려움을 겪고 있었다.

이에 반해 유기태양전지에 풀러렌 대신 고분자를 사용하면 고분자의 유연함과 고분자 사슬 사이의 얽힘 효과에 의해 높은 효율을 유지하면서도 내구성을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 예상돼 왔다. '얽힘 효과'란 고분자를 이루는 긴 사슬들이 서로 얽혀서 외부에서 가해지는 힘에 버티는 능력과 복원력이 크게 증가하게 되는 효과를 말한다.

카이스트(KAIST) 생명화학공학과 김범준 교수와 기계공학과 김택수 교수가 이번 연구를 수행했다. 연구결과는 학술지인 네이처 커뮤니케이션즈 (Nature Communications) 10월 9일자((논문명 : Flexible, Highly Efficient All-Polymer Solar Cells)에 실렸다.

김범준 교수는 "이번 연구를 통해 고분자 태양전지가 높은 효율뿐만 아니라 소자의 기계적 특성을 획기적으로 향상시킬 수 있음을 확인했다"며 "이를 필요로 하는 다양한 부착형, 휴대용 소자 구현을 앞당겨 산업계로 파급효과가 있을 것으로 예상된다"고 말했다.