상단여백
HOME 컴퓨팅인사이트 산업IoT
KIST 백경열 박사, 고효율·안정성 갖춘 태양전지 고분자 소재 개발

[IT비즈뉴스 김진수 기자] 국내 연구진이 고효율성과 높은 안정성을 갖춘 태양전지의 핵심소재 개발에 성공했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 물질구조제어연구센터 백경열 박사팀이 유기태양전지의 핵심 구성요소인 정공수송층(Hole Transport Layer)으로 사용되는 전도성 고분자(PEDOT:PSS)를 대체할 수 있는 새로운 고분자 복합소재를 개발했다고 밝혔다.

유기태양전지는 값이 저렴하고 대면적화가 비교적 용이하며 플렉서블한 태양전지 생산이 가능한 점이 장점이다.

하지만 빛을 받아 발생한 정공(+)을 전극으로 이동시키는 정공수송층의 소재로 사용돼 왔던 PEDOT:PSS는 강한 산성수용액으로 인한 전극 분해현상, 제한된 용매사용, 낮은 전도성으로 인한 효율저하와 짧은 수명이 단점으로 이를 개선하기 위한 연구가 꾸준히 진행되고 있다.

정공수송층 소재 모식도와 열처리 이후 도핑효과를 통해 얻어진 기존 정공수송층(PEDOT:PSS) 대비 유사한 일함수값과 5배 높아진 전기전도도 [사진=KIST]

KIST 백경열 박사팀은 전도성을 갖춘 블록공중합체와 카본소재를 융합한 복합소재를 활용해 기존의 정공수송층 문제를 보완하면서도 향상된 효율성을 갖춘 새로운 정공수송층 소재를 개발했다.

KIST 연구진이 개발한 고분자 소재는 산성이 아닌 중성상태에서 다양한 용매에 대한 용해도를 갖춰 용액기반 공정에 다양한 접근이 가능한 점이 특징이다. 특히 기존의 산성수용액에 의한 전극의 부식현상이 없어 실제 태양전지가 구동되는 외부환경에서도 장시간 고효율을 유지할 수 있는 안정성도 높다.

연구팀은 새롭게 개발된 정공수송층 소재는 용액공정 후 간단한 열처리 공정을 통하면 전도성고분자의 도핑 현상을 유도함으로써 기존 정공수송층 소재와 유사한 일함수(5.1eV)를 가지면서 기존 대비 5배 향상된 전기전도도를 갖춘 것을 확인했다고 설명했다.

또 열처리에서 불용의 물리적 가교가 형성돼 추가적인 용액공정에서도 높은 내화학성을 갖춰 용액공정을 다변화와 유기태양전지의 성능 안정성, 또 에너지변환 효율을 추가적으로 향상시킬 수 있을 것으로 연구팀은 기대하고 있다.

KIST 백경열 박사는 “이번 연구를 통해 개발된 새로운 정공수송층 소재는 유기 태양전지 내의 정공수송층의 문제를 보완하면서 에너지변환 효율을 높일 수 있을 것으로 전망한다”며 “향후 유기태양전지 뿐만 아니라 다양한 유기광전자소자에도 널리 활용 가능한 소재가 될 것으로 기대한다”고 밝혔다.

이번 연구는 산업통상자원부 지원으로 소재부품기술개발사업과 KIST의 기관고유사업으로 수행됐다. 연구결과는 국내특허(10-1681186)와 미국특허(9260572)에 등록이 완료됐으며 재료과학·복합체 분야의 국제 학술지인 ‘Composites Science and Technology’ (IF : 5.160, JCR 상위 1.923%) 최신호에 게재됐다.

김진수 기자  embe@itbiznews.com

<저작권자 © IT비즈뉴스-아이티비즈뉴스, 무단 전재 및 재배포 금지>

김진수 기자의 다른기사 보기
icon인기기사
Back to Top