국내 연구진 '유기 태양전지' 수명 50배 늘리는데 성공

김나윤 기자 / 기사승인 : 2023-09-07 10:35:04
  • -
  • +
  • 인쇄
▲왼쪽부터 이광희 교수, 김희주 교수, 이산성 박사과정생 (사진=GIST)

국내 연구진이 유기 태양전지 수명을 50배 늘리는데 성공했다.

광주과학기술원(GIST) 신소재공학부 이광희 교수와 에너지융합대학원 김희주 교수연구팀은 유기 태양전지가 고온에서 성능이 감소하는 문제를 간단한 방법으로 해결하고, 수명을 기존보다 약 50배 많은 1000시간 이상 늘리는 데 성공했다고 7일 밝혔다. 

연구팀은 스스로 얇은 보호층을 형성하는 단분자를 활용해 추가적인 코팅 공정없이 유기 태양전지의 긴 수명을 확보했다. 유기 태양전지는 유기물 반도체를 광활성층으로 활용해 유연(flexible)하고 색상 조절이 가능하며, 투명해서 자동차 유리 및 건물 창문에도 활용될 수 있어 차세대 태양전지로 주목받고 있다. 

하지만 유기 태양전지는 고온에서 성능이 감소하는 문제가 있는데, 열에 의해 유기물 분자들이 움직여 전하수송에 좋지 못한 형태로 변형되는 것이 주된 원인으로 알려져 있다. 따라서 이를 해결하기 위해 유기물의 화학적 구조를 바꿔 열에 의한 움직임을 억제하려는 연구들이 진행되고 있다. 

유기 태양전지에 전자수송층으로 널리 사용되는 산화아연은 그 표면에 화학적으로 반응성이 있는 성분들이 존재함에도 불구하고, 고온 환경에서 산화아연과 광활성 층의 계면에서 일어날 수 있는 열화에 관한 연구는 지금까지 거의 이뤄지지 않았다. 

연구팀은 오비트랩/비행시간차 혼성 이차이온 질량분석기(Orbitrap/TOF Hybrid SIMS)를 통해 단분자 유기물 반도체가 산화아연 표면에 존재하는 불순물과 반응할 때 손상되는 현상과 단분자 유기물의 유동성이 커질수록 그 손상이 더 많이 발생하는 현상을 확인했다.   

또한 연구팀은 극성과 휘발성을 가지는 단분자 유기물인 5-Methyl-1H-benzotriazole(이하 M-BT)을 광활성 층 용액에 혼합해 광활성 층 코팅시 산화아연 표면에 단분자 유기물이 자기조립(self-assembly) 되어 표면 불순물 제거 및 보호층을 형성하도록 했다.

서로 다른 유동성을 가지는 세 종류의 단분자 유기물 반도체(Y6, L8BO, DTY6) 중 유동성이 큰 단분자(DTY6)를 사용한 유기 태양전지일수록 수명이 향상된 정도가 가장 컸으며(1,000시간 후 68% 향상), 태양전지의 초기 효율의 15%가 감소하기까지 걸리는 시간이 기존 20시간(M-BT 미포함)에서 1000시간 이상으로 약 50배 늘어나 수명이 대폭 향상됨을 확인했다.

이광희 교수는 "이번 연구는 광활성 층의 형태학적 안정성에만 초점이 맞춰진 기존 열 안정성 연구들의 흐름에서 벗어나 간단히 하나의 단분자를 광활성 층 용액에 첨가하는 것만으로 전자수송 층의 표면을 안정화해 태양전지의 열적 안정성을 크게 향상했다는 데 의미가 있다"며 "이는 대면적화를 위한 프린팅 공정에도 적용할 수 있어 유기 태양전지의 상용화에 큰 도움이 될 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단이 지원하는 중견연구사업, 기후변화대응기술개발사업 및 GIST GRI사업 등의 지원을 받았으며, 연구결과는 'ACS 에너지 레터스'(ACS Energy Letters, IF: 23.991) 온라인에 게재됐다. 

Copyright @ NEWSTREE All rights reserved.

뉴스트리 SNS

  • 뉴스트리 네이버 블로그
  • 뉴스트리 네이버 포스트
  • 뉴스트리 유튜브
  • 뉴스트리 페이스북
  • 뉴스트리 인스타그램
  • 뉴스트리 트위터

핫이슈

+

Video

+

ESG

+

SK C&C, AI DX로 사고 줄이고 환경오염 막는다

SK C&C가 인공지능(AI)과 디지털 트랜스포메이션(DX) 기술을 활용한 디지털 안전·보건·환경(SHE) 서비스를 통해 제조현장 안전수준을 한층 강

아워홈 용인 공장서 목 끼임 사고..."재발 방지에 총력"

식품 가공업체 아워홈이 지난 4일 발생한 용인 소재 사업장 사고와 관련해 7일 머리를 숙였다.아워홈은 이날 밝힌 경영총괄 사장 명의 입장문에서 "사

KCC, 전국 1100여 가구 주거환경 개선

KCC가 주거취약계층의 삶의 질 향상과 공동체 회복을 위한 '새뜰마을사업'에참여해 지난해까지 누적 1109 가구의 주거환경 개선에 힘을 보탰다.KCC는 올

코오롱, 미래세대 위한 친환경 에너지교육 지원 확대

코오롱그룹이 미래세대의 친환경 에너지 교육지원에 적극 나선다. 코오롱은 대한상공회의소 신기업가정신협의회(ERT)의 '다함께 나눔프로젝트'에 참여

'신한은행' 지난해 ESG경영 관심도 1위...KB국민·하나은행 순

지난해 1금융권 은행 가운데 ESG경영에 가장 많은 관심을 쏟은 곳은 신한은행으로 조사됐다. KB국민은행과 하나은행이 뒤를 이었다.1일 데이터앤리서치

"AI시대 전력시장...독점보다 경쟁체제 도입해야"

인공지능(AI) 시대를 맞아 전력시장에 경쟁체제를 도입하고, 전력수요처에 발전설비를 구축하는 분산형 시장이 필요하다는 목소리가 나왔다. 대한상공

기후/환경

+

올 3월 역대 두번째로 더웠다...북극 해빙도 6% 줄었다

우리나라에서 이례적으로 두차례 폭설과 대형산불이 발생했던 올 3월은 전세계적으로 역대 두번째로 뜨거웠던 3월이었다.유럽연합 기후변화 감시기구

美 수백만명 '홍수' 직면...기록적 폭우에 하천 범람 위기

지구촌 곳곳에서 폭우가 이어지고 있다. 아프리카 민주콩고에서 폭우로 사망자 피해가 발생한데 이어, 미국에서도 기록적인 폭우로 인해 사망자가 21

하동에서 발생한 두번째 산불...이틀만에 '주불' 잡혔다

지난 7일 경남 하동에서 발생한 산불이 이틀만에 주불이 잡혔다.8일 산림당국에 따르면 전날 오후 11시 기준 하동 옥종면 산불 진화율은 99%로 집계됐다.

환경단체 "탄핵 다음은 '탈핵'"…국가 기후정책 사업수정 촉구

환경단체들이 윤석열 대통령 파면을 일제히 환영하면서 윤 정권의 대왕고래 프로젝트와 신규 원전건설 등 국가 차원에서 진행하던 사업들을 전면 수

"극한기후 피해보상에 보험사 거덜나면 자본주의도 무너진다"

지구온난화가 초래한 극한기후로 인한 피해보상을 해주는 보험사들이 파산해 더이상 사업을 영위할 수 없는 지경에 이르면 자본주의 근간이 무너질

바다숲 155㏊, 2028년까지 격렬비열도 인근에 조성된다

'서해의 독도'라 불리는 충남 태안군 근흥면 동격렬비도 인근 해역이 해양수산부 주관 바다숲 조성사업 대상지로 선정됐다고 태안군이 4일 밝혔다.태

에너지

+

순환경제

+

오피니언

+