‘자체 보호막’ 만드는 물질 이용해 차세대 태양전지 상용화 앞당긴다

GIST·임페리얼칼리지런던 공동 연구팀 성과

(왼쪽부터) 광주과학기술원(GIST) 차세대에너지연구소 소속 강홍규 선임연구원과 이광희 소장, 그리고 정소영 LG디스플레이 연구원.

국내 연구진이 스스로 얇은 층을 형성하는 물질을 활용해 차세대 태양전지 효율을 끌어올리고 코팅 공정을 간소화하는 데 성공했다.

광주과학기술원은 강홍규 차세대에너지연구소 선임연구원, 이광희 소장이 영국 임페리얼칼리지 런던과 공동 연구를 통해 역구조 유기 태양전지 상용화를 앞당기는 성과를 냈다고 30일 밝혔다.

유기 태양전지는 실리콘으로 만든 무기 태양전지보다 생산 비용이 싸면서 무게가 가볍다는 장점이 있다. 유연하고 투명한 필름 형태로 만들 수도 있어 건물이나 자동차 창문에 붙여 쓰는 경우도 있다. 이 중 역구조 유기 태양전지는 안전성과 생산성 개선을 위해 기존 태양전지와는 반대로 빛이 들어오는 부분에 양극, 빛이 반사되는 부분을 음극으로 바꾼 형태다.

역구조 유기 태양전지에는 산화아연이라는 재료가 쓰인다. 빛 투과율이 높고 전하 수송 능력이 뛰어나 태양전지 효율을 끌어올리는 데 중요한 재료다. 그런데 산화아연이 자외선을 흡수할 경우 태양전지에서 전기를 만드는 광활성층을 분해시켜 역으로 효율이 떨어지는 문제가 있었다.

이에 연구팀은 ‘풀러렌 기반 자기조립 소재’를 산화아연 위에 발라 스스로 보호층을 형성하게 했다. 풀러렌 기반 자기조립 소재는 스스로 얇은 층을 형성하는 물질로 이를 바르면 태양전지 안정성은 물론 효율과 수명도 함께 개선된다. 연구팀은 이를 통해 유기 태양전지 효율이 10% 떨어지기까지 걸리는 시간을 20분에서 8시간으로 24배 늘렸다고 설명했다.

아울러 연구팀은 풀러렌 기반 자기조립 소재를 산화아연에 코팅하는 공정 자체도 간소화하면서 제품 생산 효율까지 끌어올리는 데 성공했다.

강 선임연구원은 “유기 태양전지는 코팅 공정을 하나만 줄이더라도 양산성을 크게 개선할 수 있어 상용화에 큰 도움이 될 것”이라고 말했다.

이번 연구 성과가 담긴 논문은 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’에 지난달 25일 게재됐다.

참고자료

Advanced Science, DOI: https://doi.org/10.1002/advs.202206802

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