코팅공정 줄이니 유기태양전지 `효율·수명` 한꺼번에 UP

GIST, 풀러렌 소재 적용 스스로 보호층 형성
효율 24배 향상, 코팅 공정 간소화로 양산성 높여

국내 연구진이 여러 층으로 코팅하던 공정 기술을 개선해 유기 태양전지의 효율과 수명을 동시에 향상시키는 기술을 개발했다.

광주과학기술원(GIST)는 강홍규 박사, 이광희 차세대에너지연구소장 연구팀이 영국 임페리얼컬리지 런던 연구팀과 공동으로 스스로 얇은 층을 형성하는 물질을 이용해 유기 태양전지의 코팅 공정을 간소화하고, 높은 효율과 긴 수명을 확보하는 데 성공했다고 30일 밝혔다.

유기 태양전지는 실리콘 기반의 무기 태양전지에 비해 저렴할 뿐 아니라 가볍고 유연하며 투명한 장점이 있다. 이 때문에 건물과 자동차 창문, 유리온실 필름으로 부착하는 등 다양한 산업에 활용할 수 있다. 그동안 역구조 유기 태양전지(빛 부분을 양극으로, 빛이 반사되는 후면전극을 음극으로 사용)에 널리 사용되는 산화아연은 빛 투과율이 높고 전하수송 능력이 뛰어나지만, 자외선을 흡수하면 광촉매 현상을 일으켜 전기를 만드는 광활성층을 분해시킨다. 이로 인해 빛 흡수 능력이 떨어져 전기생산 효율이 크게 저하되는 문제가 발생한다.

연구팀은 단분자 물질인 '풀러렌 기반 자기조립 소재'를 산화아연 위에 씌워 스스로 보호층을 형성하게 함으로써, 산화아연의 안정성을 확보하고, 전지 효율과 수명을 개선했다. 풀러렌 기반 자기조립 소재는 산화아연과 만나면 표면에 얇은 층을 형성하는데, 여기에 광활성 물질을 혼합해 코팅한 후, 산화아연과 반응을 통해 스스로 보호층을 형성하도록 구현했다.

여러 층을 코팅하던 기존 공정을 간소화해 비용을 줄일뿐 아니라, 유기 태양전지 효율이 10% 저하되는 시간을 기존 20분에서 8시간으로 24배 늘려 전지 수명도 대폭 향상했다.

강홍규 GIST 박사는 "역구조 유기 태양전지의 전자수송층과 광활성층 사이에서 발생하는 안정성 문제를 자기조립층을 이용한 보호막 형성을 통해 해결했다는 데 의미가 있다"며 "유기 태양전지의 코팅 공정을 줄여 양산성을 크게 개선할 수 있어 상용화에 기여할 것"이라고 말했다.

이 연구결과는 재료과학 분야 국제 학술지 '어드밴스드 사이언스(지난달 25일)'에 실렸다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr