한국재료연구원(KIMS) 나노표면재료연구본부 에너지전자재료연구실 김재호, 송명관 박사 연구팀이 창원대학교 안철진 교수 연구팀과 공동 연구를 통해 광촉매 특성을 가진 4-Amino-TEMPO 유도체를 개발하고 이를 이용해 고성능과 안정성을 함께 갖춘 섬유형 태양전지와 섬유형 유기발광 다이오드를 제작하는데 성공했다.
이번에 개발한 4-Amino-TEMPO 유도체는 섬유형 태양전지 및 섬유형 유기발광 다이오드의 성능을 동시에 향상할 수 있어 국산화와 대량화를 앞당길 경우 전자소자 기업에서 파격적인 경제적 효과가 기대된다.
기존 소재는 합성 공정과 대량생산이 어렵고 소재를 이용한 소자 재현성이 좋지 않다는 단점이 있었다. 연구팀이 개발한 4-Amino-TEMPO 유도체는 합성공정이 간단하고 대량 합성이 가능할 뿐 아니라 해당 소재를 이용해 섬유형 태양전지와 섬유형 유기발광 다이오드를 제작해 두 전자소자 성능을 20% 이상 향상할 수 있다.
연구팀은 섬유형 태양전지 효율 상승을 위해 광촉매 특성을 갖는 소재를 설계하고 이를 합성했다. 합성한 소재는 공기와 수분에 대단히 안정해 이를 이용해 고성능의 섬유형 태양전지와 섬유형 유기발광 다이오드를 제작할 수 있다. 세탁 특성과 기계적 충격 등에도 매우 우수한 특성이 있는 것으로 확인됐다.
4-Amino-TEMPO 유도체는 리튬배터리에서 고체전해질, 촉매제 및 태양전지, 유기발광 다이오드 등 다양한 전자소자 분야에서 활용할 수 있다. 매우 간단한 공정만으로 대량생산이 가능하고 무엇보다 가격이 저렴하다는 게 기술의 차별성이다. 4-Amino-TEMPO 유도체는 100g당 100만원 미만의 낮은 가격으로 대량생산 가능하다.
송명관 박사는 “다기능성 소재를 활용하면 전자소자 분야에 성능 향상 및 안정성을 증가시킬 수 있다”면서 “향후 에너지 생산 및 저장 소재뿐 아니라 센서 소재 등 다양한 분야에 적용이 기대된다”고 말했다.
이번 연구 성과는 과학기술정보통신부 지원으로 한국재료연구원 기본사업인 섬유타임의 에너지 생산 및 저장 플랫폼 개발과 한국연구재단 중견연구자지원사업을 통해 수행됐다. 연구 결과는 머티리얼즈투데이 에너지에 4월 22일자로 게재됐다. 연구팀은 수년 내 양산화를 목표로 4-Amino-TEMPO 유도체를 유기 태양전지, 페로브스카이트 태양전지, 유기발광 다이오드 등에 활용할 수 있는 후속 연구도 진행 중이다.
창원=노동균기자 defrost@etnews.com