송명훈 교수, 고효율 고분자 태양전지 기술 개발

국내연구진이 고분자 태양전지의 낮은 효율과 안정성 문제를 해결하는 기술을 개발해 고분자 태양전지의 상용화를 앞당길 전망이다.

미래창조과학부는 송명훈 울산과학기술대학교 교수 연구팀이 나뭇잎 형태의 나노구조를 갖는 산화아연 전자수송층 위에 극성용매를 처리해 고효율의 고분자 태양전지를 개발했다고 20일 밝혔다.

고분자 태양전지는 태양빛을 흡수하는 고분자로 빛에너지를 얻어 이를 전기에너지로 변환하는 전지다. 형태와 무게의 제약이 적어 차세대 태양전지로 인정받아왔지만 실리콘 태양전지와 비교할 때 소자의 안정성이 떨어지는데다 효율이 낮아 상용화에 어려움이 있었다.

연구팀은 나뭇잎 형태의 나노구조를 갖는 산화아연 전자수송층 위에 극성용매를 처리하는 방식으로 고효율의 고분자 태양전지를 개선했다.

박막물질을 코팅해 전자수송층과 광활성층 사이의 높은 에너지 장벽을 낮춰 전자의 수송을 도와 문제를 극복한 것이다. 실험결과 극성용매 처리를 한 고분자 태양전지는 극성용매를 처리하지 않은 것보다 효율성이 30% 이상 향상됐다. 일반적으로 상용화를 위해서는 빛을 전기로 바꾸는 광전변환효율이 10%이상이 돼야하는 것으로 알려져 있다.

특히 이번 연구에서는 합성물질이 아닌 에탄올이나 메탄올 같은 흔한 극성용매만으로 효율을 높여 더 의미가 깊다.

송 교수는 "과거에는 금속산화물과 활성층 사이의 에너지장벽을 줄이는 방법으로 자기조립단분자막, 이온성 액체, 고분자 전해질과 같은 물질을 사용했는데 이 경우 원하는 물질을 합성해야 해 번거롭고, 효율도 크게 개선되지 않았다"며 "우리가 개발한 기술은 이러한 번거로움을 해결하면서도 평소에 많이 사용하는 극성용매를 이용해 높은 소자 효율을 실현해냈다"고 말했다.

송 교수 연구팀의 연구결과는 재료 및 응용분야 국제학술지 어드밴스드 머티리얼즈지 10월 4일자 온라인판에 게재됐다.