에너지 효율·신축성, 두 마리 토끼 잡은 유기태양전지 신소재 나왔다

김범준 KAIST 교수 연구진
전도성 고분자와 신축성 고분자 섞어 유기태양전지 소재 개발

한국과학기술원(KAIST) 연구진이 기존보다 에너지 변환 효율이 높고 신축성이 우수한 유기태양전지용 신소재를 개발했다. 웨어러블 디바이스 같은 차세대 전자제품에 활용할 수 있을 전망이다./한국과학기술원

국내 연구진이 웨어러블 디바이스의 전력 문제를 해결할 신소재를 개발했다. 세계 최고 수준의 에너지 효율을 가지면서도 유연한 유기 소재로 유기태양전지에 사용할 수 있다. 차세대 전자제품으로 주목받는 웨어러블 디바이스의 상용화에 가까워졌다는 평가가 나온다.

김범준 한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 교수가 이끄는 연구진은 26일 김택수 기계공학과 교수, 리섕 생명화학공학과 교수와 공동으로 성능이 우수하면서도 신축성을 갖는 전도성 고분자 물질로 유기태양전지를 만드는 데 성공했다고 밝혔다.

유기태양전지는 유기물을 이용해 빛을 흡수해 전기를 만드는 ‘광 활성층’을 만든 태양전지다. 무기물을 사용하는 무기태양전지와 비교해 가벼우면서도 유연해 웨어러블 디바이스에 적합한 방식으로 주목받고 있다. 몸에 착용하는 전자제품인 웨어러블 디바이스는 간편하게 생체 정보를 실시간으로 측정할 수 있어 차세대 헬스케어 전자제품으로 꼽힌다. 그러나 상용화가 가능한 수준의 효율을 가지면서도 신축성이 좋은 유기태양전지 소재는 아직 찾지 못한 상황이다.

KAIST 연구진은 전기적 특성이 우수한 전도성 고분자를 고무처럼 늘어나는 고신축성 고분자와 결합해 유기태양전지에 사용할 수 있는 신소재를 개발했다. 이렇게 개발한 전도성 고분자는 빛을 전기로 바꾸는 광전변환효율이 19%로 세계 최고 수준으로 확인됐다. 기존 소재에 비해 신축성도 10배 이상 높아 40% 이상 잡아당겨도 작동하는 스트레처블 유기태양전지를 만들 수 있었다.

연구진은 이번 연구를 활용해 웨어러블 디바이스의 전력 문제를 해결하고 상용화할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

김 교수는 “새로운 개념의 고분자 소재를 개발했다”며 “다양한 형태와 신축성이 필요한 전자소자에 응용할 수 있는 원천 기술을 확보한 것”이라고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘쥴’에 지난 1일 소개됐다.

참고자료

Joule, DOI: https://doi.org/10.1016/j.joule.2023.11.005

이번 연구에 참여한 연구진. 왼쪽부터 김범준 한국과학기술원(KAIST) 교수, 이진우 박사 후 연구원, 이홍구 석사과정연구원./한국과학기술원

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