광전환 효율 높인 고분자 태양전지 개발

머니투데이

류준영 기자

김범준 한국과학기술원(KAIST) 교수와 우한영 부산대 교수가 차세대 에너지원으로 각광 받고 있는 플라스틱 태양전지(고분자-고분자 태양전지)의 광전환 효율을 높이는 데 성공했다고 29일 밝혔다.

(사진 왼쪽부터)김범준 한국과학기술원(KAIST) 교수, 우한영 부산대 교수/사진=KAIST

'고분자-고분자 태양전지'는 기존의 값비싼 풀러렌이 아닌 고분자만으로 이뤄져 유연성과 안정성이 뛰어난 태양전지를 말한다.

이는 기존의 풀러렌 유기태양전지에 비해 상용화에 핵심요소인 기계적인 안정성뿐만 아니라 열에 대한 안정성도 크게 향상시킬 수 있다.

하지만 풀러렌 유기태양전지(10%)에 비해 고분자-고분자 태양전지의 광전환 효율은 4% 이하로 매우 낮다는 단점이 있었다. 광 활성층(광 에너지를 받아 전기로 전환하는 물질층)을 형성하는 두 고분자가 잘 섞이지 않고 과도하게 분리되는 현상(상 분리)이 발생하기 때문이다.

상 분리 현상은 전자의 생성·운반을 저해하고, 태양전지의 광전환 효율을 감소시키는 원인이다.

이에 연구팀은 전도성 고분자의 분자량과 구조를 조절함으로써 두 고분자의 상 분리 현상을 효과적으로 제어해 5% 이상의 높은 광전환 효율을 가진 태양전지를 개발했다.

연구팀은 현재 태양전지의 광전환 효율을 6%까지 끌어올렸다고 밝혔다. 이 수치는 지금까지 학계에 보고된 것 중에서 가장 높은 효율이다.

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

이번 연구성과는 화학분야 권위지인 JACS(Journal of the American Chemical Society) 지난달 18일자에 게재됐다.