韓, 미래 태양광 기술 ‘유기태양전지’ 제조비용 20분의 1로 낮췄다

 

조선비즈 

• 김윤수 기자

 

입력 2020.07.29 12:00 | 수정 2020.07.29 15:29

화학연·경기대 연구팀, 태양전지 핵심 ‘광활성층’ 신소재 합성
빛→전기 변환 효율도 향상… 제조공정은 학부 수준으로 단순

유기태양전지의 구조. 광활성층이 빛을 흡수하면 전기를 발생시킨다./화학연 제공

국내 연구진이 유기태양전지의 제조비용을 20분의 1 수준으로 낮출 수 있는 기술을 개발했다.

송창은·신원석 한국화학연구원 박사와 임은희 경기대 교수 공동 연구팀은 유기태양전지의 광활성층에 들어갈 신소재를 개발해 제조비용을 크게 낮췄다고 29일 밝혔다.

유기태양전지는 빛을 전기로 바꿔주는 태양전지의 한 종류다. 빛을 흡수해 전기를 발생시키는 ‘광활성층’에 유기물질을 사용해 효율을 높인다.

광활성층은 ‘전자주개’와 ‘전자받개’라는 물질로 이뤄진다. 전자주개는 빛을 흡수하면 음(-)전기를 띠는 전자를 내보내고 양(+)전기를 갖고, 전자받개는 전하를 받아 음(-)전기를 갖는다. 이를 통해 광활성층에 전기가 흐를 수 있도록 한다.

유기태양전지의 성능을 높이기 위해서는 광활성층 소재가 빛을 잘 흡수하고 전자가 쉽게 이동할 수 있는 내부구조를 가져야 한다. 대표적으로 쓰이는 풀러렌 소재는 전자가 빠르게 이동할 수 있는 구조를 가졌지만 빛 흡수량이 적어 효율이 낮다. 풀러렌의 단점을 보완한 또다른 소재 ‘ITIC’는 구조가 복잡하기 때문에 소재 합성에 많은 시간과 비용이 든다.

연구팀은 단순한 분자 구조를 가져 이러한 단점을 극복한 새로운 소재 ‘T2-ORH’를 개발했다. 제조공정 과정이 기존 5단계에서 2단계로 줄어들고, 비용은 기존 대비 20분의 1 수준인 1그램(g)당 40달러로 낮아졌다.

연구팀은 이 소재로 만든 유기태양전지의 성능을 기존 유기태양전지와 비교했다. 그 결과 빛을 전기로 바꾸는 효율인 ‘광전변환효율’이 기존 7.46%보다 2%포인트 정도 높은 9.33%로 높아졌다.

송 박사는 "앞으로 고성능 유기태양전지 상용화에 큰 역할을 할 것"이라고 기대했다. 임 교수도 "학부 유기화학실험 수준의 간단한 합성법으로 고성능 유기태양전지를 구현할 수 있다는 데 이번 연구의 가치가 있다"고 설명했다.

광활성층 소재로 쓰이는 물질들. 맨아래가 연구팀이 새로 개발한 신소재이다./화학연 제공