"독성 낮은 비할로겐 용매로 고효율 대면적 유기 태양전지 구현"

UNIST·GIST 공동연구…11.44% 광전 변환 효율 기록

(울산=연합뉴스) 김용태 기자 = 국내 연구진이 독성이 낮은 비할로겐 용매로 고효율의 대면적 유기 태양전지를 구현하는 데 성공했다.

27일 울산과학기술원(UNIST)에 따르면 화학과 김봉수 교수와 광주과학기술원(GIST) 차세대에너지연구소 강홍규 책임연구원, 신소재공학부 이광희 교수 공동 연구팀은 비풀러렌 억셉터의 알킬 체인을 비대칭적으로 확장해 광활성층의 필름 균일도를 획기적으로 개선했다.

이를 통해 200㎠의 대면적 유기 태양전지에서 11.44%의 높은 광전 변환 효율(PCE·태양광 에너지가 전기 에너지로 변환되는 비율)을 달성했다.

기존 대면적 유기 태양전지는 클로로벤젠 등 독성이 강한 할로겐 용매를 사용해 상용화에 어려움이 있었다.

그러나 상대적으로 독성이 낮은 비할로겐 용매를 사용하면 광활성층 내 비풀러렌 억셉터의 '뭉침 현상'으로 필름의 균일도가 낮아져 대면적 유기 태양전지의 효율이 감소하는 문제가 있었다.

비풀러렌 억셉터란 유기 태양전지의 광활성층에서 전자를 받아들이는 역할을 하는 중요 구성 요소다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하고자 비풀러렌 억셉터의 알킬 체인을 비대칭적으로 확장하는 방법을 사용했다.

연구팀은 비할로겐 용매에서 비풀러렌 억셉터의 용해도가 향상됨에 따라 뭉침 현상이 효과적으로 감소, 200㎠의 큰 면적에서도 균일한 광활성층 필름을 형성할 수 있었다고 설명했다.

또 공정에 사용된 슬롯다이 코팅(slot-die coating) 방법은 롤투롤(roll-to-roll) 공정을 통한 대량 생산에 적합해 차세대 유기 태양전지의 상용화 가능성을 높였다고 연구팀은 밝혔다.

김봉수 교수는 "이번 연구는 유기 태양전지 상용화를 위한 소재 개발에 중요한 기여를 할 것"이라고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼스'(Advanced Functional Materials) 온라인판에 지난달 18일 게재됐다.

연구는 한국연구재단의 지원을 받았다.

yongtae@yna.co.kr

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