58.5㎠ 대면적에서도 11.28% 효율 보여
(서울=내외방송) 넓은 면적에서도 높은 효율을 보이는 차세대 유기 태양전지가 개발됐다.
UNIST(울산과학기술원)는 "김봉수 화학과 교수 연구팀이 손해정 한국과학기술연구원(KIST) 차세대 태양전지 연구센터 박사 연구팀과 공동으로 고효율의 대(大)면적 유기 태양전지 소재를 개발했다"고 18일 밝혔다.
유기 태양전지는 현재 상용화된 실리콘 태양전지보다 가볍고 유연할 뿐만 아니라 재료 값이 저렴하고, 반투명하게 제작할 수 있어 차세대 전지로 주목받고 있다.
하지만, 제작 과정에서 발생하는 유기 소재의 뭉침 현상이 높은 효율을 방해했다.
연구팀은 n형 반도체(전자의 수가 많은 반도체)와 p형 반도체(전자가 비는 상태인 양공의 수가 많은 반도체)가 섞이는 혼화성을 조절해 기존 대면적 유기 태양전지 효율 저하의 원인인 유기 소재의 뭉침 현상을 제어했다.
또, 박막(얇은 막)의 거칠기를 수나노미터(아주 미세한 크기) 단위에서 제어할 수 있는 균일한 광활성층(태양빛을 흡수해 양공과 전자를 생산하는 층) 필름을 제작했다.
그 결과 연구팀이 개발한 반도체를 사용해 만든 유기 태양전지는 58.5㎠의 넓은 면적에서도 11.28%라는 높은 전력 변환 효율을 기록했다.
비슷한 크기의 유기 태양전지의 평균 전력 변환 효율이 6.69%인 것과 비교하면 매우 높은 성능이다.
김 교수는 "이번 연구는 n형 반도체와 p형 반도체 간 혼화성 조절이 대면적 유기 태양전지 성능을 향상시킬 수 있다는 새로운 방향을 제시했다"며 "앞으로 교효율 대면적 유기 태양전지 개발에 기여할 수 있을 것"이라고 말했다.
페다부디 고피크리슈나(Peddaboodi Gopikrishna), 엄두현, 이진형, 윤성원 연구원이 제 1저자로 참여한 이 연구는 과학기술정보통신부의 지원을 받아 수행됐으며 국제학술지인 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)'에 최근 온라인 게재됐다(논문명: Efficient and scalable large-area organic solar cells by asymmetric nonfullerence acceptors based on 9H-indeno[1, 2-b]pyrazine-2, 3, 8-tricarbonitrile).
