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‘울퉁불퉁’한 유기태양전지로 세계 최고 효율 기록

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2015년 12월 23일 18:00 프린트하기

경북대 제공
경북대 제공
국내 연구진이 차세대 태양전지로 각광받고 있는 유기태양전지의 효율을 획기적으로 끌어올리고 수명까지 늘리는 기술을 개발했다.

 

유기태양전지는 신문을 인쇄하듯 간단히 대량생산할 수 있다는 점이 최고의 장점으로 꼽힌다. 하지만 공기 중에서 쉽게 산화해 부식된다는 단점 때문에 상용화가 어려웠다.

 

김영규 경북대 교수팀은 유기태양전지에서 전자를 수집하는 층의 표면을 고분자로 울퉁불퉁하게 코팅하는 방식으로 산화를 피하고 효율도 세계 최고 수준으로 끌어올리는 데 성공했다고 23일 밝혔다.

 

기존 유기태양전지는 양전하를 수송하는 층을 아래에, 전자를 수집하는 층을 위에 뒀다. 문제는 양전하 수송층에 쓰이는 소재가 산성도가 높아 전극을 부식시킨다는 점이다.

 

최근에는 양전하 수송층 대신 금속산화물로 된 전자수집층을 아래에 두고, 위쪽에 전자를 잘 내어주는 금속을 두는 유기태양전지 연구가 활발하다. 다만 이 경우 각 소재들이 잘 붙지 않는다는 한계가 있었다.

 

금속산화물(ZnO) 수집층 위에 형성된 고분자 나노점. 연구팀은 크기가 서로 다른 나노 점으로 표면을 코팅해 접촉성 문제를 해결하는 데 성공했다. - 경북대 제공
금속산화물(ZnO) 수집층 위에 형성된 고분자 나노점. 연구팀은 크기가 서로 다른 나노 점으로 표면을 코팅해 접촉성 문제를 해결하는 데 성공했다. - 경북대 제공

이 문제를 해결하기 위해 연구팀은 금속산화물 전자수집층 표면에 고분자인 ‘페오즈’ 용액으로 울퉁불퉁하게 코팅했다. 크기가 서로 다른 수~수십 ㎚(나노미터·1㎚는 10억 분의 1m)의 점으로 올록볼록한 ‘고분자 다중나노점’을 만들자 표면적이 넓어져 접촉력이 좋아진 것이다.

 

이렇게 만든 유기태양전지는 효율 10.74%를 기록해 단일층 유기태양전지로는 세계 최고 수준을 나타냈다. 수명 문제까지 해결한 일석이조의 성과였다.

 

김 교수는 “제조 공정이 간단하고 효율이 높아 유기태양전지의 상용화를 앞당기는데 일조할 것”이라며 “태양전지뿐 아니라 대면적 조명, 메모리 소자 등에도 사용할 수 있어 다양한 유연 유기전자제품 개발을 이끌 것으로 기대한다”고 말했다.

 

연구 결과는 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 14일 자 온라인판에 실렸다.

 

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