“나노선으로 인쇄용 유기태양전지 효율 향상의 ‘길’ 열려”

연구성과

“나노선으로 인쇄용 유기태양전지 효율 향상의 ‘길’ 열려”

2014-12-01 805

POSTECH 조길원 교수팀, 반도체 고분자 나노선을 이용하여
고성능 유기태양전지 개발에 성공

종이처럼 가볍고 유연한 차세대 에너지소자로서 주목받고 있는 ‘유기태양전지’의 효율을 고분자 반도체 잉크의 인쇄공정을 통해 획기적으로 향상시킬 수 있는 기술이 개발됐다.

포스텍 화학공학과 조길원 교수(58), 이재원 박사(32), 조새벽 박사(27) 연구팀은 유기태양전지용 반도체 고분자가 코팅과정에서 나노선 형태로 자기조립 되는 현상을 규명하고, 이를 응용하여 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있는 기술을 개발하였다.

재료분야의 세계적 권위지 Advanced Materials 최신호(10월 22일자) 표지논문으로 발표된 이 연구성과는 특히 유기태양전지용 반도체 고분자의 분자간 상호작용을 간단한 인쇄 공정으로 조절하여 결정화도가 높은 고분자 나노선을 만들어 학계의 주목을 받았다.

유기태양전지에 사용되는 반도체 고분자는 인쇄공정을 쉽게 하기 위해 곁가지를 붙이는 것이 필수적이었다. 연구팀은 빛 흡수를 낮추는 이러한 곁가지를 사용하는 대신 다양한 혼합용매를 사용하여 분자간의 상호작용을 효과적으로 조절하였다. 특히 인쇄공정 중 용매의 증발 과정을 제어하면 반도체 고분자가 나노선 형태가 된다는 것을 발견했다.

이러한 반도체 고분자 나노선은 광활성층 내에서 빛에 의해 생성된 전류의 ‘고속도로’ 역할을 하여 전류의 손실을 최소화 하며, 이를 통해 기존 태양전지에 비해 광전류의 생성을 2.5배 이상, 효율을 60% 이상 증가시킬 수 있었다.

연구를 주도한 조길원 교수는 “이번 연구성과는 유기태양전지용 반도체 고분자가 인쇄되는 과정에서 나노선으로 만들어지는 원리를 처음으로 규명한 것”이라며 “이 연구를 바탕으로 고효율, 저비용의 인쇄용 플렉시블 유기태양전지의 개발에 기여할 것”이라고 연구의의를 밝혔다.

한편, 이번 연구는 미래창조과학부 글로벌프론티어 사업 “나노기반 소프트일렉트로닉스연구단”의 지원으로 수행되었으며 포항가속기연구소의 분석도움을 받았다.