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TECH M

고성능 유기태양전지용 고분자 신소재 개발

안정적 성능 보장, 플렉시블 태양전지와 유기 광전자 소자 응용 기대

2019-04-11박응서 기자

 

전도성고분자를 기반으로 하는 블록공중합체와 카본 소재 복합화로 얻은 정공수송층 소재 모식도와 열처리 이후 도핑효과를 통해 얻은 기존 정공수송층 대비 유사한 일함수값과 5배 높아진 전기전도도. 사진제공 KIST

국내 연구진이 유기태양전지에서 높은 효율과 안정성을 갖는 고분자 신물질을 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST) 물질구조제어연구센터 백경열 박사팀은 유기태양전지에서 핵심 구성요소인 전도성 고분자인 ‘PEDOT:PSS’를 대체할 수 있는 새로운 고분자 복합소재를 개발했다고 11일 밝혔다.

유기태양전지는 값이 저렴하고 큰 화면으로 비교적 쉽게 만들 수 있고, 플렉서블한 태양전지를 생산할 수 있다는 장점을 갖고 있다. 태양전지 내 빛을 받아 발생한 정공(+)을 전극으로 이동시키는 정공수송층 소재로 쓰이던 전도성 고분자인 ‘PEDOT:PSS’는 유기태양전지에 널리 사용되고 있다. 그런데 강한 산성수용액으로 인한 전극 분해현상, 제한된 용매 사용, 낮은 전도성으로 인해 효율저하와 수명이 짧아 이를 개선하기 위한 연구가 활발하다.

KIST 백경열 박사팀은 이런 한계를 극복하려고 전도성을 갖는 블록공중합체와 카본소재를 복합화한 복합소재를 개발, 기존 정공수송층 문제를 보완하면서 향상된 성능을 지닌 새로운 정공수송층 소재를 개발했다.

연구진이 개발한 새로운 고분자 소재는 산성이 아닌, 중성상태에서 다양한 용매를 사용할 수 있다. 이에 따라 실제 태양전지를 구동하는 외부환경에서도 장시간 고효율을 유지할 수 있는 안정성을 가질 수 있다. 또 새 정공수송층 소재는 기존 대비 5배 향상된 전기전도도를 가지는 것으로 나타났다. 게다가 용액공정을 다변화하고, 유기태양전지 성능 안정성과 에너지변환 효율을 추가적으로 향상시킬 수 있을 것으로 기대하고 있다.

KIST 백경열 박사는 “이번 연구로 개발한 새 정공수송층 소재는 유기 태양전지 내 정공수송층 문제를 보완하면서 에너지변환 효율을 높일 수 있을 것으로 전망한다”며, “앞으로 유기태양전지 뿐만 아니라 다양한 유기광전자소자에도 널리 활용할 수 있는 소재가 될 것”이라고 밝혔다.

 

[테크M = 박응서 기자(gopoong@techm.kr)]