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

+

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

KCC그룹, 산불 피해복구 위해 3억5000만원 기부

KCC그룹이 산불 피해복구를 위해 3억5000만원을 기부했다고 31일 밝혔다.KCC는 2억원, KCC글라스는 1억원 그리고 KCC실리콘은 5000만원을 전국재해구호협회를

8년만에 바뀐 '맥심 모카골드' 스틱...친환경 디자인으로 변경

맥심 '모카골드'와 '슈프림골드' 스틱이 8년만에 친환경 디자인으로 바뀌었다.동서식품은 커피믹스의 주요제품인 '맥심 모카골드'와 '맥심 슈프림골드'

LG U+, CDP 기후변화대응 부문 최고등급 '리더십A' 획득

LG유플러스는 탄소정보공개 프로젝트(CDP)의 2024년 기후변화대응 부문 평가에서 최고등급인 '리더십 A등급'을 획득했다고 31일 밝혔다.CDP는 매년 전세계

기후/환경

+

지구 4℃ 상승하면...전세계 인구 40% 빈곤해진다

지구 온도가 4℃ 상승하면 지구 인구의 40%가 빈곤해질 것이라는 전망이 나왔다.1일(현지시간) 호주 뉴사우스웨일즈대학 기후위험대응연구소의 티모시

산불 커질만 했네…3월 한반도 기온·풍속 모두 이례적

의성, 안동, 산청 등 영남지역에서 대형 산불이 빠르게 확산됐던 지난달 우리나라는 이상고온과 이상건조, 이례적 강풍이 발생했던 것으로 나타났다.

"1.5℃ 기후목표에 매몰되면 농경지 12.8% 감소할 것"

1.5℃ 기후목표 달성을 위한 전세계 정책이 전세계 농경지 면적을 약 12.8% 줄이는 결과를 초래해 식량 위기안보에 부정적인 영향을 줄 수 있다는 연구가

산불이 끝이 아니다...비오면 산사태 위험 200배

경북 대형산불이 지나간 자리에 산사태라는 또다른 위험이 도사리고 있다. 2∼3개월 뒤 장마철과 겹치면 나무가 사라진 산은 속수무책으로 무너질 수

작년 이상고온 103일 '열흘 중 사흘'..."기후위기 실감"

지난해 열흘 중 사흘가량이 '이상고온'이었던 것으로 나타났다. 특히 9월은 절반 이상이 이상고온 상태였다.정부가 1일 공개한 '2024년 이상기후 보고서'

경북산불 연기 200㎞ 이동했다...독도 지나 먼바다까지

경상북도에서 발생한 산불 연기가 강풍을 타고 최초 발화지에서 최소 200㎞ 넘게 떨어진 동해 먼바다까지 퍼졌다.1일 기상청 국가기상위성센터와 대구

에너지

+

순환경제

+

오피니언

+