경상국립대학교(GNU·총장 권순기) 자연과학대학 화학과 김윤희 교수팀은 한국과학기술원 김범준 교수팀과 공동으로 단분자 비플러렌계 억셉터의 이합체 개발을 통해 높은 전력 변환율  및 고안정성의 특성을 보이는 유기 태양전지 소자를 개발하는 데 성공했다고 밝혔다.

연구 결과는 에너지 분야 저명 국제학술지 ≪줄(Joule)≫(IF:46.048) 최신호에 ‘이량화 비플런렌계 억셉터 개발을 통한 고효율 고안정성 유기태양전지(Dimerized small-molecule acceptors enable efficient and stable organic solar cells)’라는 제목으로 게재됐다.

이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업의 지원으로 김윤희 교수팀의 순청 신진연구인력과 김범준 교수팀의 이진우 신진연구인력이 참여하여 진행됐다.

유기태양전지는 얇은 박막으로 만들어질 수 있어 차세대 웨어러블 전자 기기를 위한 전력 공급원으로 많은 주목을 받고 있다. 

하지만 유기태양전지를 상용화하기 위해서는 높은 전력 변환 효율(PCE)과 장기 작동 안정성이 개선돼야 한다. 최근 비플러렌계 억셉터 개발을 통해 높은 전력 변환 효율을 갖는 소재들이 개발되고 있지만 아직까지 상대적으로 낮은 개방전압으로 인해 전력 변환 효율 상승을 위해서는 개방전압이 개선되고 장기적 안정성이 보장돼야만 한다.

김윤희 교수팀의 이번 연구에서는 두 개의 저분자 비플러렌계를 도너 고분자와 같은 구조 일부와 연결한 새로운 이합체 소재를 개발했다. 새로운 구조의 비플러렌계 억셉터 소재를 유기 태양전지 억셉터로 적용한 경우 저분자 소재에 비해 상대적으로 높은 개방전압을 보였을 뿐 아니라 높은 유리전이온도(Tg)로 인해 분자 확산이 억제되어 높은 장기 안정성을 가지는 것으로 보고했다.

이번 연구는 높은 개방전압으로 높은 전력 변환율을 가지면서 이합체로 인해 장기 안정을 갖는 새로운 비플러렌계 소재 개발로 유기 태양전지 상용화에 크게 기여할 것으로 기대된다.

경상국립대 연구팀은 다양한 유연전자에 사용되는 유기 반도체 재료 개발을 연구해 왔으며 특히 2011년부터 경상국립대-삼성디스플레이 OLED 센터를 유치해 활발한 산학 연구를 진행하고 있다.

이 연구팀의 졸업생들은 삼성디스플레이, 삼성전자, LG전자, SK에너지, 제일모직, 두산, SFC, 덕산네오룩스, LT소재, 머크, 대림화학, 동진세미켐 등의 기업에 취업하고 있어 연구개발은 물론 인력양성에서도 전국적인 경쟁력을 자랑하고 있다.

하영 다른기사 보기