유기태양전지 제조비용을 확 낮출 수 있는 기술이 개발됐다.
한국화학연구원은 29일 송창은·신원석 박사팀이 경기대 임은희 교수팀과 유기태양전지 광활성층에 들어가는 신소재를 개발해 제조비용을 20분의 1로 낮췄다고 밝혔다.
유기태양전지는 광활성층에 유기물질을 사용하는 차세대 태양전지로 전자주개(donor)와 전자받개(acceptor)로 이뤄져 있다.
이 중 연구팀은 전자받개에 들어가는 신소재 개발에 중점을 둔 결과 분자구조가 단순한 신소재(T2-ORH)를 개발했다. 단 2단계 만에 합성할 수 있어 합성시간과 비용을 크게 줄인 것이 특징이다.
이 신소재 합서입용은 그램당 30달러로 기존 비풀러렌 소재 합성법의 20분의 1 수준이다. 또 전자주개 소재가 흡수하지 못하는 단파장 영역(자외선)을 흡수할 수 있어 광전변환효율을 높였다.
경기대 임은희 교수는 “이번 연구의 가치는 학부 유기화학실험 수준의 간단한 합성법을 사용해 단 2단계 만에 저가로 합성하는 소재로도 고성능 유기태양전지를 구현할 수 있는 데에 있다”고 설명했다.
연구팀은 실험을 통해 최적의 비율(2:1)로 전자받개 신소재(T2-ORH)와 전자주개 소재(PTB7-Th)를 섞어 만든 유기태양전지의 광전변환효율이 0.1㎠ 기준으로 9.33%를 기록했다. 기존 전자받개 소재(ITIC)와 전자주개 소재(PTB7-Th)를 2:1로 혼용한 유기태양전지 효율은 7.46%(0.1㎠)였다.
화학연 송창은 박사는 “기존의 복잡한 화학 구조를 탈피한 신소재의 개발 전략이 앞으로 고성능 유기태양전지 상용화에 큰 역할을 할 것”이라고 강조했다.
여기에 더해 연구진은 인체와 환경에 유해한 할로겐 용매 대신 비할로겐 용매에서도 용액공정이 가능하도록 용해도를 향상시켰다.
한편 이번 연구 결과는 ‘Advanced Energy Materials(IF: 24.884)’와 ‘Journal of Materials Chemistry A(IF: 11.301)’에 게재됐다. 관련 연구결과는 국내 및 미국에 특허 등록됐다.
이번 연구는 한국에너지기술평가원의 에너지기술개발사업과 한국연구재단 중견사업의 지원으로 이뤄졌다.
