화학연-경기대 공동연구 통해
분자구조 단순한 신소재 개발
분자구조 단순한 신소재 개발
화학연 제공
국내 연구진이 차세대 태양전지로 주목받고 있는 '유기태양전지'의 제조 비용을 획기적으로 줄이면서 보다 손쉽게 제작할 수 있는 기술을 개발했다.
한국화학연구원은 송창은·신원석 박사팀과 임은희 경기대 교수 연구팀이 2유기태양전지 광활성층(빛을 흡수해 전하를 생성하는 층)에 들어가는 신소재를 개발했다고 29일 밝혔다.
유기태양전지는 광활성층에 유기물질을 사용하는 데, 광활성층은 전자주개와 전자받개 등으로 이뤄져 있다. 빛을 쬐면 광활성층 내부에서 발생한 정공(양전하)과 전자(음전하)가 각각 양극과 음극으로 이동하고, 이 전위차에 의해 전류가 흐르게 되는 원리로 만든 게 유기태양전지다.
전자받개는 축구공 모양처럼 생긴 '풀러렌 소재'로 이뤄져 있는 데, 빛 흡수량은 적어 광전변환효율(빛에너지를 전기에너지로 바꾸는 효율)은 낮은 한계가 있다. 비풀러렌 소재 역시 분자구조가 복잡하고, 분자들이 길게 연결돼 있어 합성하려면 5단계를 거쳐야 하는 등 시간과 비용이 많이 들다.
연구팀은 분자 구조가 단순한 비풀러렌 계열 신소재인 'T2-ORH'를 개발했다. 이 소재는 2단계 만에 합성할 수 있어 시간과 비용을 줄일 수 있다. 실제 신소재 합성 비용은 1그램당 40달러로, 기존 비풀러렌 소재 합성 비용의 20분의 1 수준이다.아울러 전자주개가 흡수하지 못하는 단파장 영역(자외선)을 흡수할 수 있어 0.1㎠ 기준으로 광전변환효율을 9.33%까지 향상시킬 수 있다. 기존 소재를 활용한 유기태양전지 효율 7.46%보다 2% 가량 높은 수치다.
송창은 화학연 박사는 "대학 학부의 유기화학 실험 수준의 간단한 합성법과 저렴한 비용으로 소재를 합성해 고성능 유기태양전지를 만들 수 있는 토대를 마련했다는 데 의미가 있다"고 말했다.
이 연구결과는 국제 학술지 '저널 오브 머티리얼즈 케미스트리 에이(지난 5월호)'에 실렸다.
이준기기자 bongchu@dt.co.kr
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