KAIST 연구진, 신축성 60배 높은 유기태양전지 개발

김범준 생명화학공학과 교수팀,+김택수 기계공학과 교수팀 공동 연구

▲김범준 교수(왼쪽)과 김택수 교수.(미래창조과학부)

국내 연구진이 차세대 플렉서블‧웨어러블 전자기기의 에너지원으로 각광받고 있는 유기태양전지의 상용화 가능성을 한층 높였다. 기존 유기태양전지에 사용되는 풀러렌을 고분자로 대체해 기존보다 신축성은 60배 이상, 내구성은 470배 이상 높였다.

미래창조과학부는 한국과학기술원 생명화학공학과 김범준 교수팀과 기계공학과 김택수 교수팀이 기존의 풀러렌 대신 고분자 물질을 사용해 뛰어난 신축성과 내구성을 지니면서도 높은 효율로 전력을 생산할 수 있는 유기태양전지를 개 발했다고 12일 밝혔다.

유기태양전지란 무기물이 아닌 유기 재료를 주 원료로 사용하는 태양전지를 뜻한다. 무기태양전지에 비해 유연하고 가벼우며 빛 흡수력이 우수하고 낮은 공정단가 등 많은 장점을 갖고 있다. 하지만 지금까지의 유기태양전지는 효율은 높지만 잘 깨진의 풀러렌의 성질 때문에 플렉서블 소자에 쓰기엔 내구성이 부족했고 상용화에 한계가 있었다.

연구팀은 풀러렌 대신 ‘N형 전도성 고분자’라는 물질을 사용해 기존의 유기태양전지보다 훨씬 뛰어난 내구성을 가지면서도 동시에 높은 효율로 전력을 생산할 수 있음을 처음으로 규명했다.

연구팀에 따르면 N형 전도성 고분자를 사용한 유기태양전지는 풀러렌을 사용한 유기태양전지보다 60배 이상 향상된 신축성과 470배 이상 향상된 내구성을 보였으며 효율 또한 6.64%로 상용화에 근접한 수치를 나타냈다.

김범준 KAIST 생명화학공학과 교수는 “이번 연구를 통해 고분자 태양전지가 높은 효율뿐만 아니라 소자의 기계적 특성을 획기적으로 향상시킬 수 있음을 확인했다”며 “이를 필요로 하는 다양한 부착형, 휴대용 소자 구현을 앞당겨 산업계에 큰 파급 효과가 있을 것”이라고 밝혔다.

한편 이번 연구는 미래부의 글로벌프론티어 멀티스케일에너지시스템연구단, 중견연구자지원사업, KAIST 기후변화연구허브 사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 국제 학술지인 네이처 커뮤니케이션즈 10월 9일자 온라인판에 게재됐다.