유기태양전지 속 나노소재 태양전지 효율 향상에 기여

유기태양전지 내부에 들어가는 나노소재가 태양전지의 효율 향상에 기여한다는 사실이 밝혀졌다. 태양전지 상용화에 가장 큰 걸림돌였던 효율 향상을 위한 소재 공정 다변화 및 신소재 개발 등에 기여할 전망이다.

재료연구소 표면기술연구본부 임동찬 박사는 조신욱 울산대 교수, 김영독 성균관대 교수 등과 공동으로 유기태양전지에 적용되는 나노소재 중의 하나인 플러렌 유도체가 전자의 이동을 원활히 해 줌과 동시에 정공(전자가 부족해 생기는 구멍)의 이동을 효과적으로 막아 태양전지 효율 향상에 기여한다는 점을 규명했다고 8일 밝혔다.

탄소원자가 축구공 모양으로 연결된 분자인 플러렌 유도체는 그동안 태양전지 내부에서 전자의 이동을 원활히 해 주는 역할만 하는 것으로 알려져 왔다.

유기태양전지는 플러렌 유도체, 전도성 고분자, 금속산화물 등 다양한 종류의 나노소재를 혼합하거나 층층이 쌓아 제작한다. 이 중 플러렌 유도체는 전자와 정공을 각기 다른 방향으로 이동하게 해 광활성층에서 생성된 전하의 재결합을 막아 태양전지의 효율을 향상시켜 준다.

이에 따라 나노소재를 만들지 않고도 미세 영역에서 분석 예측할 수 있어 소재 및 유기태양전지의 품질관리 및 비용절감 등에 기여할 수 있다. 또 전자의 흐름을 이미지로 표현이 가능해 나노소재 고유의 특성 파악과 다른 소재와의 결합 시 나타날 수 있는 새로운 특성 등을 사전에 파악할 수 있다.

연구책임자인 이주열 박사는 "유기태양전지 제조 과정에서 개별 소재가 태양전지 효율에 미치는 영향을 실시간으로 분석할 수 있어 핵심 소재의 품질 관리에 기여할 것으로 예상된다"고 말했다.

이 연구결과는 네이처 자매지인 `사이언티픽 리포트`에 실렸다.

이준기기자 bongchu@