유기 태양전지 효율 향상기술 개발…"효율 11% 이상으로 올려"

[에너지경제신문 여영래 기자] 차세대 에너지원으로 불리는 유기 태양전지의 효율을 높일 수 있는 기술이 개발됐다.

한국연구재단은 울산과학기술원 김진영 교수·부산대 진성호 교수 공동 연구팀이 적층형 유기 태양전지의 효율을 11% 이상으로 올리는 데 성공했다고 25일 밝혔다.

유기 태양전지는 실리콘 등 딱딱한 무기물질 대신 쉽게 휘어지는 유기물질을 빛 흡수층으로 사용하는 태양전지이다.

가볍고 유연하면서도 페로브스카이트 태양전지(부도체·반도체·도체의 성질은 물론 초전도 현상까지 갖는 산화물인 페로브스카이트를 광 흡수층으로 사용하는 태양전지)에 비해 소자 제작이 간단해 웨어러블·휴대용 전자기기의 차세대 에너지원으로 주목받는다.

특히, 전지를 이층으로 쌓아 올린 적층형 유기 태양전지는 빛을 더 많이 흡수할 수 있고, 용액 공정으로 간단하게 제작할 수 있어 활발히 연구되고 있다.

하지만 두 개의 광 활성층을 단일 소자화하는 과정에서 전류 손실이 발생하면서 10% 이상으로 효율을 높이기가 어려웠다.

연구팀은 불소(F) 작용기를 도입한 유기 공액 고분자를 합성, 열 안정성이 뛰어나면서도 에너지 준위를 적절하게 유지함으로써 1.72V의 높은 개방전압을 달성하는 데 성공했다.

개방전압은 태양전지에서 출력할 수 있는 최대의 전압을 말하며, 기존 태양전지의 개방전압은 1.5∼1.65V가 일반적이다. 또 전류 손실을 최소한으로 줄여 11.4%의 광 변환효율(태양빛 에너지를 전기 에너지로 전환하는 효율)을 구현해 냈다.

김진영 교수는 "기존 적층형 유기 태양전지의 문제점을 보완해 11% 이상의 고효율화에 성공했다"며 "적층형 유기 태양전지의 상용화에 기여할 수 있길 바란다"고 말했다.

이번 연구는 미래부 한국연구재단의 기후변화대응사업, 기초연구사업(개인연구)의 지원을 받았다. 연구 성과는 국제학술지 ‘어드밴스트 에너지 머티리얼즈’ 지난 17일 자에 실렸다.