한국화학연구원은 송창은·신원석 박사팀과 임은희 경기대학교 교수팀이 유기태양전지에서 빛을 흡수해 전하를 생성하는 층인 광활성층에 들어갈 신소재를 개발해 제조비용을 20분의 1로 낮췄다고 29일 밝혔다.
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전자받개는 기존에 축구공 모양처럼 생긴 풀러렌 소재(PCBM)를 활용했다. 빛을 흡수해 생성된 전자는 풀러렌을 따라 빠르게 이동할 수 있지만, 빛 흡수량이 적어 빛을 전기로 변환하는 광전변환효율이 낮았다.
연구팀은 분자구조가 단순한 신소재를 개발해 이를 2단계로 줄였다. 실제 신소재 합성비용은 1그램당 40달러 수준으로, 기존 비풀러렌 소재 합성법의 20분의 1 수준으로 제작 가능하다. 전자주개 소재가 흡수하지 못하는 단파장 영역(자외선)도 흡수 가능해 광전변환효율을 높였다.
연구팀이 전자받개 신소재와 전자주개 소재를 섞어 만든 유기태양전지의 광전변환효율은 0.1㎠ 기준으로 9.33%를 기록해 기존 전자받개 소재와 전자주개 소재를 혼용한 유기태양전지 효율인 7.46% 보다 높았다.
송창은 화학연 박사는 “기존의 복잡한 화학 구조를 탈피한 신소재의 개발 전략이 앞으로 고성능 유기태양전지 상용화에 역할을 할 것”이라고 말했다.
연구결과는 ‘Advanced Energy Materials’의 2019년 4월호와 ‘Journal of Materials Chemistry A’의 2019년 10월호, 2020년 5월호에 게재됐다. 연구결과는 한국과 미국에 특허 등록됐다.