- 11.4% 광전변환효율·1.72V 전압 구현

[헤럴드경제=구본혁 기자]한국연구재단은 울산과학기술원 김진영·부산대 진성호 교수 공동연구팀이 1.72V의 높은 전압과 11.4%의 효율을 달성한 적층형 유기태양전지를 개발했다고 25일 밝혔다.

유기태양전지란 전도성 유기 고분자를 기반으로 제작한 태양전지로 경제성과 범용성이 특징이다. 유기태양전지는 저렴하게 합성 가능한 유기 공액 고분자를 유연한 필름 등에 코팅하는 방법으로 제작한다. 때문에 두루마리형 디스플레이와 입는 컴퓨터 등 휴대용 전자기기에 널리 쓰일 수 있다. 소자 제작이 간단하고 약 100나노미터(nm) 정도의 얇은 박막으로 반투명하게 만들 수 있어 상품에 적용하기 쉽다는 장점도 있다.

하지만 기존 적층형 유기태양전지는 11% 이상의 광전변환효율을 달성하는데 어려움을 겪어왔다. 용액 공정 상 이뤄지는 불필요한 전류 손실 때문이다. 또 태양전지의 성능을 좌우하는 개방전압의 경우 1.50~1.65V에 머물렀다.

연구팀은 적층형 유기태양전지의 제작과정과 소자 특성을 분석해 이를 최적화하는 연구를 진행했다. 먼저 각 유기 공액고분자의 단일소자 최적 조건을 분석해 전류손실을 최소화했다. 또 광학 시뮬레이션을 활용해 상·하부셀의 정확한 두께와 생성되는 전류량을 계산해 11.4%의 광전변환효율과 비교적 높은 수준인 1.72V의 개방전압을 달성했다.

김진영 교수는 “기존 적층형 유기태양전지가 가지고 있던 문제점을 보완함으로써 11% 이상의 고효율화에 성공했다”며 “이를 기반으로 더욱 높은 효율의 적층형 유기태양전지를 개발하고 상용화에 한발짝 다가설 수 있는 계기가 됐으면 한다”고 말했다.

이번 연구성과는 국제학술지 ‘어드밴스트 에너지 머티리얼즈’ 7월 17일자 온라인판에 게재됐다.