유기태양전지 나노소재 완성 전 미리 효율 확인한다!

재료연-울산대-성균관대 공동연구, 네이처 자매지 Scientific Reports에 소개

품질 관리 및 비용 절감에 기여할 것으로 전망

 

 

□ 유기태양전지용 나노소재의 효율성을 미리 알아볼 수 있는 새로운 측정법이 개발되어 품질 관리 및 비용 절감 등에 크게 기여할 것으로 전망된다.

o 재료연구소(소장 강석봉) 표면기술연구본부 임동찬 박사(연구책임자 이주열 박사)와 울산대학교 조신욱 교수, 성균관대학교 김영독 교수 등 공동연구팀은 유기태양전지가 완성되기 전 소재 단위에서 미세 영역을 분석하는 새로운 측정법을 개발했다. 이를 통해 유기태양전지 속 나노소재의 새로운 역할을 찾아냈으며, 미리 광전 반응 특성을 알 수 있어 보다 쉽고 편리하게 효율성을 예측할 수 있게 됐다.

o 이번 연구 결과는 네이처 자매지인 사이언티픽 리포트(Scientific Reports)에 게재됐다.

□ 유기태양전지에 적용되는 나노소재 중 하나인 플러렌 유도체가 전자의 이동을 원활히 해줄 뿐만 아니라 정공의 이동을 효과적으로 막아 태양전지 효율 향상에 기여하는 것으로 나타났다. 기존 학계에서는 전자의 이동을 원활히 해준다고만 알려졌었다.

o 유기태양전지는 플러렌 유도체, 전도성 고분자, 금속산화물 등 다양한 종류의 나노소재를 혼합하거나 층층이 쌓아 제작한다. 그 중 플러렌 유도체는 전자와 정공을 각기 다른 방향으로 이동하게 해 광활성층에서 생성된 전하의 재결합을 막아 태양전지 효율을 향상시키는 것으로 나타났다.

 

□ 이번에 개발된 측정법은 소자를 다 만들지 않고 소재 단위에서 미세 영역 분석만으로 예측할 수 있어 비용 절감 효과가 기대된다. 또 전하의 흐름을 이미지로 표현할 수 있어 타 연구 분야에도 쉽게 활용할 수 있다.

o 나노소재는 전기·전자, 에너지, 환경 등 다양한 산업분야에 적용되고 있다. 나노소재 고유의 특성 뿐만 아니라 다른 소재와 결합되었을 때 나타날 수 있는 새로운 특성을 미리 파악하는 것은 중요한 정보가 되기 때문에 정밀한 측정 방법이 필요하다.

o 공동연구팀은 소재 단위의 측정법이 향후 나노소재 기초 및 응용연구에 파급효과가 클 것으로 기대하고 있다.

o 현재 태양전지의 효율을 높이기 위해 신소재를 개발하거나 기존 개발된 소재간의 혼합 비율, 적층 순서 변경 등을 통한 공정 조건을 다양화하는 두 가지 방식의 연구가 전개되고 있다. 공동연구팀은 유기태양전지의 효율을 높이고 측정법의 타 분야 적용을 앞당기기기 위해 관련 연구를 지속적으로 펼쳐나갈 방침이다.

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□ 연구책임자인 이주열 박사는 “이번 기술 개발로 유기태양전지 제조 과정 중에 개별 소재가 태양전지 효율에 미치는 영향을 실시간으로 조사할 수 있어 핵심 소재의 품질 관리가 더욱 효과적으로 이뤄질 수 있다”고 말했다.