경북대학교 김영규 교수 연구팀이 세계 최고 수준의 유기태양전지 효율을 달성했다. 연구 결과는 과학 학술지 '네이쳐 커뮤니케이션스' 12월 14일자 온라인판에 게재됐다.
이번 연구는 미래창조과학부·교육부와 한국연구재단이 지원하는 중견연구자지원사업 및 중점연구소지원사업을 통해 수행했다.
유기태양전지는 광흡수성이 뛰어나고 인쇄하듯 제작할 수 있어 초박막 유연 태양전지 제작이 가능하다. 그러나 정공(양전하)수집층으로 주로 사용되는 물질이 높은 산성을 띄어 안정성 문제가 지적됐다. 이를 극복하고자 최근 산성 물질을 사용하지 않고 금속산화물을 코팅한 전자 수집층을 사용해 정공과 전자를 일반구조의 반대 방향으로 수집하는 '역구조형(Inverted-type) 소자'에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
본 연구에서는 역구조형 유기태양전지 소자의 금속산화물(ZnO) 전자수집층 위에 고분자인 페오즈(PEOz; Poly(2-ethyl-2-oxazoline)) 용액을 특정 농도(4mg/ml)로 코팅해 수 나노미터에서 수십 나노미터 크기의 점이 올록볼록하게 나온 '고분자 다중나노점'을 형성했다.
그 결과 단일층 유기태양전지로서는 세계 최고 수준인 10.74% 효율을 달성했다. 세계 최초로 개발한 고분자 다중나노점 구조는 기존에 알려진 금속산화물 코팅 물질보다 제조 공정이 간단하고 저렴하면서도 효율은 높아 유기태양전지 상용화를 앞당기는데 큰 역할을 할 것으로 기대된다.
경북대 김영규 교수는 "본 연구는 유기태양전지의 효율과 수명을 획기적으로 개선시킬 수 있는 기술 중의 하나로써 유기태양전지의 상용화에 큰 기여를 할 것으로 보인다"며 "본 기술은 현재 유기트랜지스터 및 유기조명 등에도 적용 중이며 가시적인 결과를 얻고 있으므로 향후 다양한 유연 유기전자제품의 개발에도 적용될 것으로 기대된다"라고 말했다.
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