조길원 포스텍(POSTECH) 화학공학과 교수, 이재원 박사, 랜비어 박사 연구팀은 유기태양전지를 만들 수 있는 유기반도체 단분자 물질을 개발했다고 1일 밝혔다.
유기태양전지는 값싼 유기염료를 이용, 식물이 광합성을 하듯 태양에서 전기를 만들어낸다. 종이처럼 가볍고 구부릴 수 있는 차세대 에너지 소자다.
풀러렌은 전도성이 높아 지금까지 풀러렌을 이용한 유기태양전지가 널리 이용돼 왔다. 하지만 공 모양의 입체구조를 가진 풀러렌은 생산단가가 높고 산화안정성이 떨어져 상용화가 힘들었다.
조 교수 연구팀은 풀러렌에 비해 값이 싼 ‘페릴렌다이이미드(Perylenediimide)’를 활용한 3차원 분자구조체 제작에 성공했다. 이를 이용해 유기태양전지에 들어가는 반도체를 만들었다. 이 구조체는 풀러렌에 비해 생산비용이 훨씬 저렴하고 산화안정성도 훨씬 높은 것으로 확인됐다.
이 유기반도체 3차원 입체구조가 전하 이동도를 크게 향상시키고 풀러렌 유도체에 비해 자외선 영역에서 빛 흡수도 높여 광전류가 증가한다는 것을 발견했다. 이 단분자는 용매에도 잘 녹아 큰 면적 유기태양전지를 제조할 때 쓰이는 인쇄공정에도 적합할 것으로 기대된다.
조길원 교수는 “우수한 태양전지로 응용할 수 있는 새로운 유기반도체 단분자의 분자설계 기준을 제시한 것”이라며 “이 단분자는 인쇄공정이 가능해 고효율, 저비용 유기태양전지 상용화에 기여할 것”이라고 말했다.
이번 연구성과는 최근 재료분야 권위지인 ‘어드밴스트 머터리얼스(Advanced Materials)’ 최신호 표지논문으로 발표됐다. 이번 연구는 미래창조과학부 글로벌프런티어 소프트일렉트로닉스연구단 지원으로 수행됐다.
포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com
