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윤전기로 신문 찍듯 상온에서 '태양전지 필름' 만든다

송고시간2019-05-21 12:00

한국화학연구원 '고분자 신소재' 개발…"25도에서도 효율 유지"

한국화학연구원 유기 태양전지 개발 연구진
한국화학연구원 유기 태양전지 개발 연구진

왼쪽부터 송창은 박사, 신원석 박사, 샤프켓라술 박사과정생이 제품을 들고 서 있다. [한국화학연구원 제공=연합뉴스]

(대전=연합뉴스) 이재림 기자 = 차세대 전지로 불리는 유기 태양전지(organic solar cell)를 상온에서 대량으로 만드는 기술이 개발됐다.

한국화학연구원(화학연)은 신원석·송창은 박사 연구팀이 실험실 밖 환경에서 10%에 근접한 광전변환 효율을 내는 유기 태양전지 공정 개발에 성공했다고 21일 밝혔다.

유기 태양전지는 실리콘 같은 현재의 무기 태양전지를 대체할 기술로 꼽힌다.

재료 자체의 비용이 저렴해서 전지 가격을 낮출 수 있기 때문이다.

다만, 아직은 빛 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 광전변환 효율이 발목을 잡고 있다.

110도 안팎의 실험실 환경에선 단위 소자 기준 9%의 준수한 효율을 기록하지만, 25도 정도 상온에선 4%대로 반 토막 나는 게 현실이다.

이는 유기 태양전지 광활성 층(빛을 흡수해 전하를 생성하는 물질)에 들어가는 고결정성 고분자 탓이다.

고결정성 고분자는 전하 이동도를 높이지만, 상온 공정에서는 효율 저하 문제를 일으킨다.

유기 태양전지 대면적 모듈
유기 태양전지 대면적 모듈

[한국화학연구원 제공=연합뉴스]

신원석·송창은 연구팀은 25도에서도 9.66%의 광전변환 효율을 내는 유기 태양전지를 구현했다.

자체 개발한 고결정성 고분자 신소재 덕분이다.

기존 고결정성 고분자(PNTz4T)에 'MTC' 라는 기능기를 도입해 새로운 고결정성 고분자(PNTz4T-5MTC)를 제조했다.

특이점은 하나 더 있다.

바 코팅(Bar coating) 공정을 통해 대면적 모듈(10×10㎝)로 제작한 유기 태양전지 광전변환 효율도 최고 6.61%를 기록했다는 점이다.

바 코팅은 고분자 용액을 빠르고 균일하게 인쇄해 태양전지나 디스플레이 등을 제조하는 방식이다.

윤전기로 신문을 찍는 것 같은 롤 투 롤(Roll-to-roll) 인쇄 공정에 적용해 대량 생산할 수 있는 가능성을 열었다는 의미라고 연구팀은 설명했다.

유기 태양전지 광전변환 효율 측정 모습
유기 태양전지 광전변환 효율 측정 모습

[한국화학연구원 제공=연합뉴스]

신원석 박사는 "롤 투 롤 공정에 적합한 유기 태양전지 광활성 소재 상용화에 한 걸음 더 다가선 것"이라며 "인체에 유해한 할로겐 용매도 필요 없어서 친환경적이다"고 말했다.

연구는 과학기술정보통신부 기후변화대응기술개발사업과 한국화학연구원 주요사업 등 지원을 받아 수행했다.

성과를 담은 논문은 지난달 16일 국제학술지 '어드밴스드 에너지 머티리얼스'(Advanced Energy Materials) 온라인판에 실렸다.

walden@yna.co.kr

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