김영규 경북대 교수팀
국내 연구진이 간단한 공정으로 고효율의 유기태양전지 제조 기술 개발에 성공했다.
한국연구재단은 김영규 경북대 교수팀이 전자수집층에 나노 미터(nm·10억 분의 1m) 크기의 점들을 형성하는 공정을 개발했다고 23일 밝혔다.
유기태양전지는 유기 반도체를 통해 태양 빛을 받아들여 에너지를 만들어내는 전지로, 빛을 흡수하는 능력이 뛰어나고 제작도 비교적 쉬운데다 최근에는 초박막(薄膜) 유연 태양전지도 만들어져 주목받고 있다. 하지만 전류 운반을 위해 필요한 양(+)전하인 정공 수집층으로 주로 쓰이는 물질이 높은 산성을 띄어 안정성 문제가 지적돼 왔다.
따라서 최근 학계에서는 산성 물질을 사용하지 않고 금속산화물을 코팅한 전자 수집층을 사용하여 정공과 전자를 일반구조의 반대 방향으로 수집하는 ‘역구조형(Inverted-type) 소자’에 대한 연구가 활발하다.
김영규 교수팀은 역구조형 유기태양전지 소자의 금속산화물 전자수집층 위에 고분자인 페오즈(PEOz) 용액을 특정 농도로 코팅해 수 나노미터에서 수십 나노미터 크기의 점이 올록볼록하게 나온 ‘고분자 다중 나노점’을 형성되도록 했다. 이렇게 형성된 고분자 다중나노점은 전자의 수송 능력을 높이고, 보통 잘 붙지 않는 유기 반도체와 금속산화물이 잘 붙고 접촉하는 표면도 넓어지게 해 더 많은 전하를 수집할 수 있게 한다.
김 교수는 “고분자 다중 나노점 태양전지는 단일층 유기태양전지로서는 세계 최고 수준인 10.74% 효율을 달성했다”며 “기존보다 우수한 접합 특성을 보여 유기태양전지 소자의 수명 향상 연구에도 기여할 것”이라고 강조했다. 또 기존에 알려진 금속산화물 코팅 물질보다 제조 공정이 간단하고 저렴하면서도 효율은 높아 유기태양전지 상용화를 앞당기는데 큰 역할을 할 것이라고 김 교수는 설명했다.
미래창조과학부와 교육부, 연구재단이 지원하는 중견연구자 지원사업 및 중점연구소 지원사업을 통해 수행된 이번 연구는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 14일자 온라인판에 게재됐다.
김영규 경북대 교수
