유기태양전지는 투명기판, 투명전극, 광활성층, 금속전극으로 구성되어 있다. 이중 핵심은 광활성층으로, 전자받개(acceptor)와 전자주개(donor) 소재가 섞여 있다. 빛을 쬐면 광활성층 내부에서 발생한 정공(양전하)과 전자(음전하)가 각각의 전극으로 이동하고, 이 전위차에 의해 전류가 흐르게 된다. © 뉴스1

유기태양전지 제조비용을 획기적으로 낮출 수 있는 기술이 개발됐다.

제조법이 학부 유기화학실험 수준으로 간단하면서도 비용은 대폭 낮춰 유기태양전지 상용화에 물꼬를 틀 전망이다. 29일 한국화학연구원(이하 화학연)에 따르면 송창은·신원석 박사팀과 경기대 임은희 교수팀은 유기태양전지 광활성층(빛을 흡수해 전하를 생성하는 층)에 들어가는 신소재를 개발, 제조비용을 20분의 1로 낮췄다.

유기태양전지는 광활성층에 유기물질을 사용하는 차세대 태양전지로, 광활성층은 전자주개(donor)와 전자받개(acceptor)로 이뤄져 있다.

빛을 쬐면 광활성층 내부에서 발생한 정공(양전하)과 전자(음전하)가 각각 양극과 음극으로 이동하고, 이 전위차에 의해 전류가 흐르게 되는 원리다.

그간 연구자들의 화두는 전자받개(acceptor)에 들어가는 신소재 개발이었다.△축구공 모양처럼 생긴 풀러렌 소재(PCBM) △비풀러렌 구조의 전자받개 등 신소재 개발에 심혈을 기울였지만 △낮은 광전변환효율(빛→전기 변환효율) △분자 합성 시 시간과 비용 과다 투자 등의 문제를 해결하지 못했다.

한국화학연구원 에너지소재연구센터 송창은 박사(왼쪽)와 신원석 박사가 새로 개발한 광활성 신소재가 적용된 유기태양전지를 들고 포즈를 취했다.© 뉴스1

이에 공동 연구진은 분자구조가 단순한 신소재(T2-ORH)를 개발했다. 단 2단계 만에 합성할 수 있는 소재로, 합성시간과 비용을 크게 줄였다.

실제, 신소재 합성비용은 그램당 40달러로, 기존 비풀러렌 소재 합성법의 20분의 1 수준이다.

또, 전자주개 소재가 흡수하지 못하는 단파장 영역(자외선)을 흡수할 수 있어 광전변환효율을 높였다.

경기대 화학과 임은희 교수는 “이번 연구의 가치는 학부 유기화학실험 수준의 간단한 합성법을 사용해 단 2단계 만에 저가로 합성하는 소재로도 고성능 유기태양전지를 구현하는 기술을 개발한 것에 있다”고 설명했다.

이밖에 공동 연구진은 인체와 환경에 유해한 할로겐 용매 대신 비할로겐 용매에서도 용액공정이 가능하도록 용해도를 향상시키는 성과도 거뒀다.

한국화학연구원 송창은 박사는 “기존의 복잡한 화학 구조를 탈피한 신소재의 개발 전략이 앞으로 고성능 유기태양전지 상용화에 큰 역할을 할 것”이라고 말했다.


km5030@news1.kr