UNIST·부산대 공동 연구, 효율 11.4% 기술 개발···'에너지 머티리얼즈'에 게재

좁은 밴드갭 유기 공액고분자를 이용한 고효율 적층형 유기태양전지. <사진=한국연구재단 제공>
좁은 밴드갭 유기 공액고분자를 이용한 고효율 적층형 유기태양전지. <사진=한국연구재단 제공>
국내 연구진이 기존보다 효율이 좋은 적층형 유기태양전지를 개발했다.  

한국연구재단(이사장 조무제)은 김진영 UNIST 교수와 진성호 부산대 교수 연구팀이 적층형 유기태양전지의 효율을 11.4%까지 올리는 기술을 개발했다고 25일 밝혔다. 

유기태양전지는 실리콘 등 쉽게 휘어지는 유기물질을 빛 흡수층으로 사용하는 태양전지다. 저렴하게 합성 가능한 유기 공액 분자를 유연한 필름 등에 코팅하는 방법으로 제작돼 두루마리형 디스플레이와 입는 컴퓨터 등 휴대용 전자기기에 널리 쓰인다. 

특히 전지를 이층으로 쌓아올린 적층형 유기태양전지는 빛을 더 많이 흡수할 수 있고 용액 공정으로 간단하게 제작할 수 있다. 

하지만 기존 적층형 유기태양전지는 용액 공정상 이뤄지지는 불필요한 전류 손실로 11% 이상의 광전변화효율을 얻는데 어려움이 있다.

연구팀이 개발한 고효율 적층형 태양전지 사진. <사진=한국연구재단 제공>
연구팀이 개발한 고효율 적층형 태양전지 사진. <사진=한국연구재단 제공>
이에 연구팀은 불소(F) 작용기를 도입한 유기 공액 고분자를 합성해 열 안정성이 뛰어나면서 에너지 준위를 적절하게 유지, 1.72V의 높은 개방전압을 달성했다. 개방전압은 태양전지에서 출력할 수 있는 최대 전압으로 기존 태양전지의 개방전압은 1.5~1.65V 정도다. 

연구팀은 또 전류 손실을 최소화 해 11.4%의 광 변화효율(태양빛 에너지를 전기에너지로 전환하는 효율)을 구현해 냈다. 

김진영 교수는 "기존 적층형 유기태양전지가 갖는 문제점을 보완해 11% 이상의 고효율화에 성공했다"며 "고효율의 적층형 유기태양전지를 개발하고 상용화에 한발짝 다가설 수 있는 계기가 됐다"고 말했다. 

한편 이번 연구는 미래창조과학부·한국연구재단의 기후변화대응사업, 기초연구사업(개인연구)을 통해 수행됐으며, 연구 성과는 국제학술지 '에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)' 7월 17일 자에 실렸다. 

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