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차세대 ‘유기 태양전지’ 효율 높일 새 원리 찾았다

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차세대 ‘유기 태양전지’ 효율 높일 새 원리 찾았다

2018.10.31 11:14
′ACS 응용재료와 인터페이스 제공
'ACS 응용재료와 인터페이스 제공

국내 연구진이  실리콘을 대체할 차세대 유기 태양전지의 효율을 한층 더 높일 수 있는 방법을 새롭게 찾아냈다.

 

안태규 한국교통대 화공신소재고분자공학부 교수, 박찬언 포스텍 화학공학과 교수 연구진은 ‘전단분자 유기태양전지’의 효율을 큰 폭으로 높일 수 있는 원리를 규명하는데 성공했다고 30일 밝혔다.

 

태양전지를 개발할 때 내부에 ‘광활성층’을 만들어 넣는 일이 많다. 빛을 축적해 태양전지의 발전 효율을 한층 더 높이는 방법이다. 광활성층을 유기반도체로 만든 ‘유기태양전지’는 가볍고 유연하며 제작도 쉬워 차세대 신재생 에너지 소자로 주목받고 있다.

 

광활성층에 들어가는 유기반도체를 단분자 구조로 만든 '전단분자 유기반도체'는 유기 태양전지의 성능 향상을 주도하고 있는 신기술이다. 분자를 사슬처럼 연결해 실처럼 만든 다음, 이를 짜 맞춰 유기반도체를 구성한다. 저항이 낮아져 효율이 높고, 분자량이 일정해 생산과정에서 물성 조절이 용이해 상용화에 유리하다. 

 

하지만 단분자선을 어떻게 짜맞추느냐에 따라 에너지 변환에 효율이 달라지기 때문에 이를 효율적으로 설계해야 하는 부담이 생긴다. 아직까진 이를 설계할 때 참고할 물질을 고르고 최적의 구조를 찾는 연구가 부족해 산업화가 늦어지고 있다. 

 

연구진은 광활성층 박막에서 단분자 유기반도체의 분자 간 상호작용을 조사하고 연구했다. 그 결과 전단분자 유기태양전지의 광활성층에서 100㎚(나노미터, 1㎚는 10억분의 1m) 정도 크기의 전자들뜸 현상이 생겨날 때 효율이 대체로 떨어진다는 사실을 알아냈다. 이 문제를 해결하기 위해선 광활성층에서 전자를 분리해 이동시킬 필요가 있다는 사실을 알아냈다. 

 

연구진은 “이번 결과가 향후 고성능 단분자 유기반도체 개발 및 고효율의 전단분자 유기태양전지 실용화에 크게 기여할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

 

이번 연구결과는 미국화학회 나노분야 국제학술지인 ‘ACS 응용재료와 인터페이스’ 10월 24일자에 게재됐다.

 

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