동아대 서정화 교수팀, 재료 분야 상위 5% 저널에 논문 게재

동아대학교는 최근 반도체학과 및 화학공학과 두뇌한국(BK21 Four) 교육연구단 소속 서정화(사진) 교수 연구팀이 재료 분야 상위 5% 저널인 'Advanced Functional Materials'(Impact factor : 16.836)에 논문을 게재했다고 16일 밝혔다.


논문의 제목은 '페로브스카이트 태양전지에서 금속(Cu)기반의 고분자 전해질을 이용해 전극의 일함수를 제어하고 효과적인 p-형 접촉을 형성하는 기술'이다. 서 교수는 현재 연구 관련 특허 출원도 진행 중이다.

이번 연구는 교신저자인 서 교수와 동아대 반도체학과 강주환·박유정 박사, 카우살 알리 카와자(Kausar Ali Khawaja) 대학원생, 화학공학과 아즈맛 알리(Azmat Ali) 등이 참여했다.

연구 결과는 차세대 에너지원으로 주목받는 페로브스카이트 태양전지의 성능 개선과 안정성, 효용성 등에 기여할 것으로 기대된다.

태양전지의 새로운 혁신이라 불리는 페로브스카이트는 유·무기 소재의 장점을 모두 가진 하이브리드 소재로 각광받고 있다.


서 교수팀은 태양전지 등 광전자 소자에 쓰이는 전도성 고분자인 'PEDOT:PSS'의 한계점 극복을 위해 금속 중에서도 뛰어난 전도성을 가진 구리(Cu)를 채택했다. 이를 고분자 전해질과 합성해 기존 정공수송층 문제를 보완하고 성능이 향상된 새로운 정공수송층 소재를 개발했다.

페로브스카이트 태양전지 내에서 빛을 받아 발생한 전자와 정공의 결합체가 엑시톤(exciton)이다. 이 중 정공(+)을 ITO(투명전극)로 이동시키는 정공추출층의 소재로 쓰이던 것이 전도성 고분자인 'PEDOT:PSS'다.

하지만 'PEDOT:PSS'는 강한 산성 수용액으로 ITO 전극의 부식을 유발하고, ITO 전극에서 활성층으로 인듐(In) 및 주석(Sn)이 확산돼 시간이 지나면서 페로브스카이트 태양전지의 안정성을 저하시킨다.

연구팀이 이번에 개발한 새로운 금속기반 고분자 전해질 소재는 중성이라 소자로 인한 전극 부식이 이뤄지지 않아 안전하다. 또한 뛰어난 용해도로 용액공정인 스핀코팅(spin-coating)이나 잉크젯 프린팅(ink-jet printing)에도 적용이 가능하다.

뿐만 아니라 반도체소자 경계면 사이에서 발생할 수 있는 불균형한 에너지 레벨은 불균형한 전하이동으로 소자효율을 저하시키는 치명적인 원인으로 작용하는데, 연구팀이 개발한 소재는 이 문제도 개선할 수 있다.

서 교수는 "이번 연구는 금속과 유기화학소재를 융합한 새로운 개념의 유·무기 전해질 소재의 개발과 차세대 태양전지 소자 성능 향상을 위한 신소재 활용 가능성을 학계에 보고한 점에서 의미가 있다"며 "앞으로도 BK21 사업, 중견연구자지원사업 등을 수행하며 다양한 하이브리드 소재 개발에 매진할 것"이라고 강조했다.