김영규 경북대 화학공학과 교수 연구팀이 세계 최초로 고분자 다중 나노점을 이용한 고효율 유기태양전지를 개발했다고 23일 밝혔다.
전자 수집층에 나노미터 크기의 점들을 형성하는 간단한 제조 공정이다. 세계 최고 수준의 유기태양전지 효율을 달성해 유기태양전지 상용화를 앞당길 수 있을 전망이다.
미래창조과학부와 교육부, 한국연구재단이 지원하는 중견연구자지원사업 및 중점연구소지원사업을 통해 수행된 이번 연구는 최근 국제적인 과학 학술지 ‘네이쳐 커뮤니케이션스(Nature Communications)’ 온라인에 게재됐다.
연구에는 김화정 경북대 차세대에너지기술연구소 연구교수가 교신저자로, 남성호 임페리얼칼리지 런던 물리학과 박사후 연구원이 제1저자로 참여했다.
연구팀은 역구조형 유기태양전지 소자의 금속산화물 전자수집층 위에 고분자인 페오즈 용액을 코팅, 나노미터 크기 고분자 다중나노점을 형성시켰다.
형성된 고분자 다중나노점은 금속산화물의 일함수(금속내 전자 하나를 밖으로 끌어내는데 필요한 최소한의 에너지)를 현저히 낮춰 전자 수송능력을 높였다.
유기 반도체와 금속산화물은 표면에너지 차이로 잘 붙지 않지만, 금속산화물 위에 고분자 다중나노점을 만들면 표면의 성질이 달라져 더 잘 붙고 접촉하는 표면적도 넓어진다. 그 결과 더 많은 전하를 수집할 수 있다.
고분자 다중나노점을 적용한 태양전지는 단일층 유기태양전지로서는 세계 최고 수준인 10.74% 효율을 달성했다. 기존보다 우수한 접합 특성을 보여 유기태양전지 소자 수명 향상 연구에도 기여할 것으로 보인다.
고분자 다중나노점 구조는 기존에 알려진 금속산화물 코팅 물질보다 제조 공정이 간단하고 저렴하지만 효율이 높아 유기태양전지 상용화를 앞당기는데 큰 역할을 할 것으로 기대된다.
김영규 교수는 “유기태양전지 효율과 수명을 획기적으로 개선시킬 수 있는 기술 중 하나로써 유기태양전지 상용화에 크게 기여할 것으로 보인다”며 “현재 유기트랜지스터 및 유기조명 등에도 적용 중인데 가시적인 결과를 얻고 있어 향후 다양한 유연 유기전자제품 개발에도 적용할 수 있을 것”이라고 말했다.
대구=정재훈기자 jhoon@etnews.com
