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

유기 태양전지는 태양빛을 받아 생성된 전자를 주는 물질인 도너(donor)와 태양빛을 받아 생성된 전자를 받는 물질인 억셉터(accepter)가 혼합된 유기물질로 만들어진다. 그 동안 유기태양전지는 작동 중에도 도너와 억셉터가 지속적으로 분리되어 효율과 수명이 저하되는 단점이 있었다.

연구팀은 도너와 억셉터 대신 서로 다른 2가지 종류의 고분자 도너와 2가지 종류의 탄소 원자가 포함된 억셉터 물질을 특정 비율로 혼합하는 4성분계 벌크 이종 접합 방법을 개발하고 이를 태양전지에 적용했다.

연구결과 섭씨 65도의 비교적 높은 온도에서 1년 간 보관했을 때 초기 광전 변환 효율인 72% 이상을 유지했다. 기존 태양전지가 1개월 내 성능이 초기 효율 대비 50%로 급감하는 것과는 대조적이다. 여름 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. 뿐만아니라 다성분계 벌크 이종 접합 태양전지는 광흡수 영역을 확대시키고 도너-억셉터 간의 계면을 증가시켜 효율이 약 11% 향상됐다.

다성분계 태양전지에 사용되는 광흡수 물질의 흡수 영역 및 물질 간의 비율에 따라 푸른색에서 붉은색까지 사람의 눈에 보이는 색상의 차이를 미세하게 조절할 수 있다.

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

김달호 기자

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