유기태양전지 광전변환 효율 기존 대비 20% 높인 신소재 개발

한국화학연구원 윤성철 박사팀은 새로운 n-형 반도체 억셉터 소재를 개발, 유기태양전지의 광전변환효율을 기존 대비 20% 이상 획기적으로 개선하는 데 성공했다.

태양광을 전기에너지로 변환하는 태양전지는 인류가 처한 현재의 에너지 위기를 극복할 수 있도록 해줄 가장 현실적인 대안으로 꼽힌다. 그중에서도 유기태양전지는 현재 관련시장을 주도하는 1세대 결정질 실리콘 태양전지에 이어 미래시장을 선도할 차세대 태양전지로 주목 받고 있다. 유기태양전지는 두껍고 무거운 패널 형태로 설치해야 하는 1세대와 달리 필름처럼 박막화가 가능하고 플렉시블 형태로도 제작할 수 있다는 것이 최대 장점이다. 그렇기 때문에 휴대형 전자기기는 물론 스마트 의류, 건물일체형 태양광 발전(BIPV) 등 다방면에서 활용이 가능하다. 하지만 아직은 낮은 광전변환효율(PCE)이 상용화의 최대 난제로 남아 있다. 1세대의 PCE가 약 20%인 데 반해 유기태양전지는 5%대에 머물고 있는 것. 이 같은 상황에서 최근 국내 연구진이 유기태양전지의 상용화 가능성을 한층 높인 신소재 및 인쇄공정 관련 원천기술을 개발해 업계의 주목을 받고 있다. 한국화학연구원 화학소재연구본부 윤성철 박사팀은 기존 유기태양전지의 효율을 획기적으로 개선할 신소재와 이를 적용한 에어로젤 인쇄공정 기술 개발에 성공했다고 13일 밝혔다. 지난 2009년 지식경제부 소재원천기술개발사업의 지원을 받아 착수한 이번 연구에서 연구팀은 유기태양전지의 새로운 n-형 반도체 억셉터 소재를 개발해 적용한 결과 기존 대비 전압이 20% 이상 향상되면서 PCE도 같은 수준의 상승효과를 거뒀다고 설명했다. 또한 에어로졸젯 인쇄법이라는 독자기술을 통해 기존 인쇄공정 기술로 얻기 어려운 5% 이상의 PCE를 구현했다고 덧붙였다. 이번 연구는 합성공정이 비교적 간단하면서도 수율이 높은 신소재 제조가 가능하고 롤투롤(roll to roll) 연속 인쇄공정에 직접 적용해 제조단가를 낮출 수 있다는 점에서 유기태양전지의 상용화를 앞당길 성과로 평가 받고 있다. 윤 박사는 "미국 코나카가 롤투롤 공정으로 유기태양전지 시제품을 생산하고 있지만 PCE는 3.5% 수준에 불과하다"며 "이번 연구성과를 활용하면 PCE 향상은 물론 플랜트 건설비용과 공정비용을 지금의 4분의1 정도로 줄일 수 있을 것"이라고 강조했다. 윤 박사는 또 "신소재 제조기술의 경우 국내 기업들과 기술이전을 논의하는 단계로 상반기 중 이전 대상 등이 결정될 것"이라며 "추가 연구를 통해 PCE를 10% 이상으로 증진시키고 대면적화를 구현, 오는 2015년 이후 본격적인 상용화를 모색할 계획"이라고 말했다. 한편 연구팀은 이번 연구성과를 국내외에 특허 출원한 상태며 오는 21일 지식경제부가 주최하는 '지식경제 R&D 성과전'에서 핵심 사업성과로 소개할 예정이다.