KAIST는 이정용 EEWS 대학원 교수와 테드 사전트(Ted Sargent) 토론토대 전기 및 컴퓨터 공학부 교수 공동연구팀이 유기고분자와 양자점을 함께 활용한 태양전지 제작 기술을 개발했다고 19일 밝혔다.

높은 기계적 특성 및 흡광 계수를 갖는 유기 고분자와 근적외선 영역을 흡수할 수 있는 콜로이달 양자점을 이용해 제작되는 하이브리드 태양전지는 용액공정으로 제작할 수 있고, 두 물질의 장점을 모두 취할 수 있다는 점에서 주목받는다.

하지만 유기 고분자-양자점 기반의 하이브리드 구조는 광전변환 효율이 10% 이하로 낮고 상대적으로 안전성이 떨어져 기존 차세대 태양전지들과 경쟁하기에 역부족이었다.

연구팀은 문제 해결을 위해 고분자와 양자점의 매개체 역할을 할 수 있는 새 유기 단분자 구조를 도입했다. 이같은 유기 고분자-양자점 하이브리드 구조는 기존의 유기 고분자에서 생성된 엑시톤을 더 원활하게 추출할 수 있다. 또 상호 보완적인 흡광 대역을 통해 추가 전류 향상을 얻을 수 있고, 에너지와 전하의 효과적 운반이 가능하다.

연구팀은 13.1%의 광전변환 효율을 달성했으며, 이는 기존 유기 고분자-양자점 하이브리드 태양전지 효율보다 30% 이상 높은 수치다. 제작한 지 1500여 시간이 흐른 뒤에도 초기 효율의 90% 성능을 유지했으며, 최대전력조건에서 150여 시간 이후에도 초기 효율의 80% 이상의 성능을 보였다.

이정용 교수는 "웨어러블 전자기기와 모바일·사물인터넷(IoT)·드론 등 분야에 적용 가능한 차세대 에너지 동력원으로 주목받을 것"이라고 말했다.

연구결과는 국제학술지 `네이처 에너지(Nature Energy)` 11월 11일자 온라인판에 게재됐다.주재현 기자

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