유기태양전지 나올까.. 제조비 20분의 1로 낮췄다

[아시아경제 황준호 기자] 유기태양전지의 제조비용을 20분의 1로 낮출 수 있는 기술이 개발됐다. 제조법도 간단해 유기태양전지의 상용화에 기여할 것으로 예상된다.

화학연구원은 송창은, 신원석 박사의 연구팀과 임은희 경기대 교수의 연구팀이 유기태양전지에서 빛을흡수해 전하를 생성하는 광활성층에 적합한 신소재를 개발했다고 29일 밝혔다.

연구팀은 분자 구조가 단순한 광활성층 신소재(T2-ORH)를 개발했다. 전자주개 소재가 흡수하지 못하는 단파장 영역(자외선)을 흡수할 수 있어 광전변환효율이 높다. 또 2단계 만에 합성할 수 있는 소재로, 합성시간과 비용을 크게 줄일 수 있다. 실제 신소재 합성비용은 그램당 40달러로, 기존 비풀러렌 소재 합성법의 20분의 1 수준이다.

유기태양전지는 광활성층에 유기물질을 사용하는 차세대 태양전지다. 전자를 주는 장치와 받는 장치로 구성된 전지인데, 빛을 광활성층에 비추면 내부에서 발생한 정공(양전하)과 전자(음전하)가 각각 양극과 음극으로 이동해 이 전위차에 의해 전류가 흐르게 되는 원리로 작동한다. 다만 전자를 받는 장치인 전자받개의 빛흡수량이 적어 신소재 개발이 한창이었다.

연구팀은 실험을 통해 최적의 비율(2:1)로 전자받개 신소재(T2-ORH)와 전자주개 소재(PTB7-Th)를 섞어 만든 유기태양전지의 광전변환효율이 0.1㎠ 기준으로 9.33%를 기록했다고 밝혔다. 기존 전자받개 소재(ITIC)와 전자주개 소재(PTB7-Th)를 2대 1로 혼용한 유기태양전지 효율은 7.46%(0.1㎠)으로 나타났다.

또한 연구진은 인체와 환경에 유해한 할로겐 용매 대신 비할로겐 용매에서도 용액공정이 가능하도록 용해도를 향상시켰다. 보통 유기태양전지는 고체 상태의 광활성 소재를 유기 용매에 녹인 후 기판 위에 코팅해 만든다.

임은희 교수는 "학부 유기화학실험 수준의 간단한 합성법을 사용해 단 2단계 만에 저가로 합성하는 소재로도 고성능 유기태양전지를 구현할 수 있다는데 의의가 있다"고 설명했다.

송창은 박사는 "기존의 복잡한 화학 구조를 탈피한 신소재의 개발 전략이 앞으로 고성능 유기태양전지 상용화에 큰 역할을 할 것"이라고 평했다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr