유기고분자로 '퀸텀닷 태양전지' 효율 높였다

양자점 태양전지의 구조와 고분자 모형

[아시아경제 황준호 기자] 국내 연구진이 양자점(퀸텀닷)을 이용해 태양광을 전기로 바꾸는 양자점 태양전지의 효율을 높이는 기술을 개발했다.

울산과학기술원은 에너지 및 화학공학부의 장성연 교수팀이 유기 고분자 소재로 양자점 태양전지의 성능을 극대화하는 '양자점-유기 고분자 접합 태양전지'를 개발했다고 23일 밝혔다.

양자점 태양전지는 태양광을 흡수한 물질(광활성층)이 전자와 정공을 만드는 성질을 이용한다. 태양광으로 인해 전자가 광활성층에서 전지의 음극으로, 전자가 빠진 자리는 양극으로 이동해 전력이 생산된다. 전지의 효율을 높이기 위해서는 전자-전공 쌍이 많아지고 이들이 전극으로 잘 운반돼야 한다.

연구팀은 무기물 반도체(양자점)를 이용하는 양자점 태양전지의 일부 소재를 유기 고분자로 바꿔 성능을 높이는데 성공했다. 연구팀은 태양전지 한쪽을 유기 고분자로 대체한 태양전지를 제작했다. 이를 통해 정공 추출 능력을 높였다. 이 물질은 전자와 정공이 다시 결합하는 것도 막아 정공의 전극 이동 능력도 향상됐다. 연구팀은 새로 개발한 전지의 효율이 기존 전지 대비 11.53% 높아졌다고 밝혔다.

장성연 교수는 "그동안 양자점 태양전지의 전류 생성에 큰 걸림돌이었던 정공 운반 문제를 해결한 연구"라며 "고분자 소재를 더 연구해 구조를 최적화하면 더 우수한 특성을 가진 정공 수송 소재도 개발할수 있을 것"이라고 밝혔다.

이번 연구는 에너지 소재 분야 학술지인 '어드밴스드 에너지 머티리얼스'에 발표됐다.

장성연 교수

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr