‘4성분계 벌크 이종 접합 방법’으로 성능 개선… 창호형 태양전지로 적용 가능

미래 신재생 에너지원으로 주목받는 유기 태양전지의 성능을 높인 기술이 개발됐다.

한국연구재단은 12일 고두현 경희대 교수와 권석준 한국과학기술연구원 박사 공동팀이 기존의 태양전지보다 효율과 수명이 늘어난 유기 태양전지기술을 개발했다고 밝혔다.

유기 태양전지는 실리콘 등 반도체에 활용되는 비싼 무기물질 대신 값싼 유기 물질을 광 흡수층으로 사용하는 전지다. 이 전지는 태양 빛을 받아 생성된 전자를 주는 물질인 도너(donor)와 빛을 받아 생성된 전자를 받는 억셉터(accepter)가 혼합된 유기물질로 만들어지며, 그간 유기 태양전지는 작동 중에 도너와 억셉터가 지속해서 분리돼 효율과 수명이 낮아지는 한계가 있었다.

공동연구팀은 도너와 억셉터 대신 서로 다른 2개 종류의 고분자 도너와 2개의 탄소 원자가 포함된 억셉터 물질을 특정 비율로 혼합하는 ‘4성분계 벌크 이종 접합 방법’을 개발해 태양전지에 적용했다. 그 결과 섭씨 65도의 높은 온도에서 1년간 보관해도 초기 광전 변환 효율인 72%를 유지하는 것으로 나타났다. 기존 태양전지가 1개월 안에 성능이 초기 효율보다 50% 급감한 것과는 대조적인 결과였다. 특히 여름철 자동차 내부 실내 온도(약 95도)보다 높은 120도에 달하는 고온 등 혹독한 환경에서도 1개월 내 성능이 초기 광전변환 효율의 70% 이상을 유지했다. 그뿐만 아니라 다성분계 벌크 이종 접합 태양전지는 광흡수 영역을 늘리고, 도너와 억셉터 간 계면을 증가시켜 효율이 11%가량 향상됐다.

고두현 교수는 “유기 태양전지의 효율과 안전성을 동시에 높일 새로운 플랫폼 기술을 개발한 것”이라며 “눈에 보이는 색상의 차이를 미세하게 바꿀 수도 있어 건물의 창과 외벽에도 미학적인 용도로 사용하는 창호형 태양전지로도 적용할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다. 정재훈 기자 jjh119@cctoday.co.kr
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