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다성분계 유기태양전지 기술 개발…효율·수명↑

(대전ㆍ충남=뉴스1) 김태진 기자 | 2017-02-12 12:00 송고
프린팅 기법으로 제작 가능한 대면적 유기 태양전지 도식도© News1

국내 연구진이 미래 신재생 에너지원으로 각광받는 유기 태양전지의 효율과 수명을 높인 기술을 개발했다.

한국연구재단은 경희대 고두현 교수·한국과학기술연구원 권석준 박사 공동 연구팀이 기존 태양전지보다 효율과 수명을 늘린 유기 태양전지기술을 개발했다고 12일 밝혔다.

유기 태양전지는 실리콘 등의 무기 물질 대신 가시광을 흡수하는 유기 물질을 광 흡수층으로 사용하는 태양전지로 얇은 막으로도 태양광 대부분을 흡수할 수 있다.

기존 유기태양전지는 작동 중 도너와 억셉터가 지속적으로 분리돼 효율과 수명이 저하됐다.

이에 연구팀은 도너와 억셉터 대신 서로 다른 두 가지 종류의 고분자 도너(태양빛을 받아 생성된 전자를 주는 물질)와 두 가지 종류의 탄소 원자가 포함된 억셉터(태양빛을 받아 생성된 전자를 받는 물질) 물질을 특정 비율로 혼합하는 4성분계 벌크 이종 접합(서로 다른 성분을 갖는 벌크 단위의 물질 간의 접합) 방법을 개발, 이를 태양전지에 적용했다.

그 결과 섭씨 65도의 비교적 높은 온도에서 1년간 보관했을 때 초기 광전 변환 효율인 72% 이상을 유지하는 것을 확인했다.

이는 기존 태양전지의 성능이 1개월 내 초기 효율 대비 50%로 급감하는 것과는 대조적이다.

또 실험 결과 여름 밀폐된 자동차 내부 실내 온도(섭씨 95도)보다 높은 섭씨 120도에 이르는 고온 등 혹독한 환경에서도 1개월 내 성능이 초기 광전변환 효율의 약 70% 이상을 유지했다.

그러면서 다성분계 벌크 이종 접합 태양전지는 광흡수 영역을 확대시키고, 도너-억셉터 간의 계면을 증가시켜 효율이 약 11% 향상됐다.  

고 교수는 “이번 연구는 유기 태양전지의 효율 및 안정성을 동시에 향상시킬 수 있는 새로운 플랫폼 기술을 개발한 것”이라며 “눈에 보이는 색상의 차이를 미세하게 조절할 수도 있어 건물 창이나 외벽에 미학적인 용도로 사용하는 창호형 태양전지로 적용할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 연구는 미래부·한국연구재단 기초연구사업(개인연구)의 지원으로 수행됐다.

이번 연구 성과는 국제적인 학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 지난 1월16일자에 게재됐다.


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