▲ 2016년 6월 Advanced Energy Materials 표지 (Inside front cover).

국내 연구진이 실험실 수준에 그치던 유기태양전지에 새로운 소재 도입을 통해 상용화에 가까운 모듈에서도 효율을 높이는데 성공했다.

한국화학연구원(원장 이규호)과 포스텍(총장 김도연)은 29일 화학연의 이상규 이종철 박사 연구팀과 박태호 포항공대 화학공학과 공동 연구팀이 상용화에 가까운 넓은 면적에서도 높은 효율을 내는 신규 유기 태양전지 소재를 개발했다고 밝혔다.

전세계적으로 유기태양전지의 소재 개발 연구가 진행되고 있지만, 대부분의 경우 단위셀(0.1cm² 이하) 규모 이하의 연구에 그치고 있으며 상용화를 위해서 실험실 수준의 단위셀뿐만 아니라 대면적(100cm² 이상)에서도 효율 및 성능이 높아야 한다.

이에 연구팀은 유기태양전지 구조내에서 태양광을 직접 흡수하는 광활성층에 신개념 단분자 소재를 도입해 효율과 성능을 높였다.

또한 상용화에 가까운 모듈(10X10cm²)에서도 7.45%의 높은 효율을 기록했으며, 기존 단분자 구조의 단점을 개선한 새로운 구조로 성능을 높였다.

화학(연) 이상규 박사는 “금번 개발한 새로운 단분자 소재는 단위셀과 대면적 모듈에서, 기존 소재에 비하여 월등히 우수한 효율과 성능을 유지했다는 데 의미가 있다”고 연구의의를 밝혔다.

또한 포스텍 박태호 교수는 “본 연구에서 사용된 신규 단분자의 경우, 첨가제 없이도 단위셀과 대면적 모듈에서 높은 효율을 달성하여, 단분자 유기태양전지에서의 높은 안정성을 달성할 수 있는 중요한 연구결과”라고 말했다.

화학(연) 이종철 박사는 “제4차 신재생 에너지 기본계획에 따라, 공공기관 (연면적 1,000cm2이상 건축물) 에너지 사용량의 10% 이상을 신재생에너지로 공급해야 하는 등, 파리 기후변화 협약 이후 신재생 에너지 활용이 더욱 강조되고 있다. 유기태양전지는 전세계적으로 이르면 올해, 늦어도 2017년에는 시장진입이 이루어질 기술 분야로서 휴대용 충전기, 기능성 의류, 건축물, 군용 제품 등에 적용되어 신재생에너지 활용에 기여할 것으로 보인다.”고 응용 가능성에 대한 기대를 밝혔다.

본 성과는 특허 출원을 완료하였고 상용화를 위한 추가적인 보완 연구를 진행하고 있다.

한편, 본 연구는 산업통산자원부 (한국에너지기술평가원)의 “에너지 기술 개발사업”의 지원으로 수행되었으며 본 연구결과는 어드밴스드 에너지 머티리얼즈 (Advanced Energy Materials)지 최신호(2016년 6월 22일자) 내부 표지 논문으로 선정되었다.