카이스트-부산대 연구진, 광전환 효율 높인 고분자 태양전지 모델 개발

국내 연구진이 차세대 에너지원으로 각광 받고 있는 플라스틱 태양전지(고분자-고분자 태양전지)의 광전환 효율을 5% 이상 올리는 데 성공했다.

29일 한국연구재단에 따르면 카이스트(KAIST) 김범준, 부산대 우한영 교수(공동 교신저자)가 주도하고, KAIST 강현범, 부산대 우딘 모하메드 아프사르 박사(공동 제1저자)가 참여한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단에서 추진하는 기초연구사업(중견연구자), 글로벌프론티어사업 등의 지원으로 수행됐다.

고분자-고분자 태양전지는 기존의 풀러렌 유기태양전지에 비해 상용화에 핵심요소인 기계적인 안정성뿐만 아니라 열에 대한 안정성도 크게 향상시킬 수 있다.

그러나 풀러렌 유기태양전지(10%)에 비해 고분자-고분자 태양전지의 광전환 효율은 4% 이하로 매우 낮다. 이것은 광 활성층(광 에너지를 받아 전기로 전환하는 물질층)을 형성하는 두 고분자가 잘 섞이지 않고 과도하게 분리되는 현상(상 분리)이 발생하기 때문이다. 이러한 상 분리 현상은 전자의 생성과 운반을 저해하고 태양전지의 광전환 효율을 감소시킨다.

이에 연구팀은 전도성 고분자의 분자량과 구조를 조절함으로써 두 고분자의 상 분리 현상을 효과적으로 제어하여 5% 이상의 높은 광전환 효율을 가진 태양전지를 개발했다.

김범준 교수는 "이번 연구는 고분자 플라스틱 태양전지가 미래 에너지원, 특히 유연성이 필요한 휴대용 차세대 전자소자의 에너지원으로서 높은 응용가능성을 보여주는 사례"라고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 화학분야의 권위지 JACS(Journal of the American Chemical Society) 2월 18일자에 게재됐다.

[e-mail] 김미희 기자