국내 연구진이 차세대 에너지원으로 주목받는 유기태양전지의 단점인 짧은 수명 문제를 해결하고 가동 초기에 나타나는 효율 저하 현상을 획기적으로 개선하는 기술을 개발했다.

광주과학기술원 신소재공학부 이광희 교수와 차세대에너지연구소 공재민 박사는 유기태양전지의 주원료인 고분자 활성물질 제조 시 발생하는 저분자 물질이 초기 효율 저하와 수명 단축의 원인임을 규명, 이를 개선하는 기술을 개발했다고 밝혔다.

유기태양전지는 빛을 받아 전기를 만드는 광활성층을 플라스틱 같은 고분자 유기물질로 만든 것으로, 실내 장식 및 건물 외장재는 물론 필름 형태로 만들 수 있어 유연한 전자소자의 차세대 에너지원으로 기대를 모으고 있다.

그러나 유기태양전지는 현재 효율이 10% 내외로 태양광 발전에 널리 사용되는 실리콘계 태양전지보다 낮을 뿐아니라 가동 초기에 효율이 급격히 떨어지는 번인(Burn-in) 현상과 짧은 수명으로 상용화에 어려움을 겪고 있다.

이 교수팀은 이 연구에서 수명 단축의 핵심원인으로 지목되는 번인현상이 고분자 유기물질 자체의 불안정성보다는 고분자 활성물질 내에 존재하는 저분자 물질 때문에 발생한다는 사실을 밝혀냈다. 즉 고분자 합성 때 부산물로 생성되는 작은 저분자 물질이 태양전지 가동 초기에 번인현상을 일으킨다는 것이다.

연구진은 저분자 물질의 녹는 점이 고분자보다 낮은 점에 착안해 광활성 물질 내에서 저분자들만 선택적으로 제거하는 기술을 개발해 적용한 결과, 소자의 효율이 40% 이상 향상되고 수명은 최대 10년까지 늘어나는 것으로 나타났다고 밝혔다.

이 연구는 미래창조과학부 선도연구센터 지원사업 지원으로 수행됐으며 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’에 게재됐다.