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유기태양전지 프린팅, “참 쉽죠”

2016년 05월 02일 18:00

이미지 확대하기연구팀이 개발한 단순한 구조의 적층형 유기태양전지의 인쇄 공정 모식도. 나노혼합물이 구성 물질들의 표면 에너지 차이로 인해 자발적으로 수직적 상 분리가 일어나고, 이로 인해 한 번에 2개 층을 생성할 수 있다. - 광주과학기술원(GIST) 제공

연구팀이 개발한 단순한 구조의 적층형 유기태양전지의 인쇄 공정 모식도. 나노혼합물이 구성 물질들의 표면 에너지 차이로 인해 자발적으로 수직적 상 분리가 일어나고, 이로 인해 한 번에 2개 층을 생성할 수 있다. - 광주과학기술원(GIST) 제공

차세대 신재생 에너지원으로 각광 받고 있는 유기태양전지는 주로 신문 인쇄하듯 찍어내는 방식으로 만든다. 국내 연구진이 이 공정을 단순화한 인쇄 기술을 개발해 상용화를 앞당길 전망이다.

 

이광희 광주과학기술원(GIST) 신소재공학과 교수팀은 ‘적층형 유기태양전지’의 제작 공정을 크게 줄인 인쇄 기술을 새롭게 개발해 공정 효율을 끌어올렸다고 2일 밝혔다.

 

유기태양전지는 플라스틱을 이용해 만든 태양전지로, 무겁고 부서지기 쉬운 실리콘을 이용하는 기존 태양전지보다 가볍고 유연하다. 또 용액 기반의 ‘인쇄 공정’으로 만들 수 있어 대면적화에도 유리하다.

 

빛을 전기로 바꾸는 ‘광변환 효율’이 낮다는 단점은 단일층 유기태양전지를 쌓아올리는 방식으로 해결할 수 있다. 다만 적층형 유기태양전지가 전자 수송층, 광활성층 등 6층 이상의 복잡한 구조로 이뤄져 있어 상용화로 가는 데 장애물로 여겨졌다.

 

이에 연구진은 분자량이 적은 ‘폴리에틸레이민(PEI)’과 광활성 물질을 혼합한 나노혼합물을 이용해 한 번에 2개 층을 제작하는 데 성공했다. 나노혼합물이 자발적으로 분리되는 현상을 활용한 것이다. 그 결과 연구진은 6번 걸리던 공정 단계를 4번으로 줄이는 데 성공했다.

 

광변환 효율은 9.1%로 기존 무기태양전지의 광변환 효율 최대치(10%)에 근접해 상용화 가능성을 높였다.

 

이 교수는 “이번 연구 성과로 적층형 유기태양전지의 생산 비용을 크게 절감할 수 있을 것”이라며 “플렉서블 전자기기 등에 활용 가능한 유기태양전지의 상용화를 앞당기는 데 크게 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.

 

연구 결과는 재료과학 분야 국제 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Matirials)’ 4월 30일자에 실렸다.

 


송경은 기자

kyungeun@donga.com

 

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