국내 연구진이 높은 효율과 안정성을 갖는 유기태양전지 소재를 개발했다.
백경열 한국과학기술연구원(KIST) 물질구조제어연구센터 박사팀은 유기태양전지 핵심 구성요소인 정공수송층(Hole Transport Layer)으로 널리 사용되는 전도성 고분자인 'PEDOT:PSS'를 대체할 수 있는 새로운 고분자 복합소재를 개발했다고 11일 밝혔다. 정공수송층은 유기태양전지 정공(Electron Hole)을 전달한다.
유기태양전지는 값이 저렴하고 대면적화가 비교적 쉽다. 플렉서블한 태양전지 생산이 가능한 장점을 가지고 연구개발(R&D)가 활발하다. 지금까지 빛을 받아 발생한 정공을 전극으로 이동시키는 정공수송층의 소재로 전도성 고분자인 'PEDOT:PSS'가 주로 쓰였다. 강한 산성수용액으로 인한 전극 분해현상, 제한된 용매사용, 낮은 전도성으로 인한 효율 저하 등 한계가 분명했다.
백경열 박사팀은 이러한 한계점을 극복하기 위해 전도성을 가지는 블록공중합체와 카본소재를 복합화한 복합소재를 개발했다. 기존 정공수송층 문제를 보완하면서 향상된 성능을 지닌 새로운 소재다. 산성이 아닌, 중성상태에서 다양한 용매에 대한 용해도를 가지고 있어 용액기반 공정에 다양한 접근이 가능하다. 기존 산성수용액에 의한 전극 부식 현상도 극복했다. 외부환경에서 장시간 고효율을 유지할 수 있는 안정성을 지닌다.
연구팀은 용액공정 이후에 간단한 열처리 공정을 통하면 전도성고분자의 도핑 현상을 유도함으로써 기존 정공수송층 소재와 유사한 일함수를 가지면서도 기존 대비 5배 향상된 전기전도도를 가지는 것을 확인했다.
백경열 KIST 박사는 “이번에 개발한 소재는 유기태양전지 내 정공수송층의 문제를 보완하면서 에너지변환 효율을 높일 수 있을 것”이라면서 “향후 유기태양전지 뿐만 아니라 다양한 유기광전자소자에도 널리 활용 가능하다”고 설명했다.
이번 연구는 산업통상자원부 지원으로 소재부품기술개발사업과 KIST의 기관고유사업으로 수행했다. 연구결과는 국내, 미국특허로 등록했다. 재료과학 복합체 분야 국제 학술지인 'Composites Science and Technology' 최신호에 실렸다.
최호 정책기자 snoop@etnews.com
