국내 연구진이 전도성이 10배 높고 고무줄처럼 쭉쭉 늘어나는 유기태양전지를 개발했다.
한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 김범준 교수연구팀은 높은 전기적 성능과 신축성을 동시에 갖춘 새로운 전도성 고분자 물질을 개발하고 이를 활용해 세계 최고 성능의 스트레처블 유기태양전지를 구현하는데 성공했다고 26일 밝혔다.
유기 태양전지(organic solar cells)는 빛을 받아 전기를 생산하는 광 활성층이 유기물로 구성되는 전자소자로, 기존 무기 재료 기반 태양전지에 비해 가볍고 유연해 몸에 착용할 수 있는 웨어러블 전자소자로 활용가능하다. 그러나 기존 유기 태양전지 소재는 신축성을 가지기 어려워 웨어러블 소자로 거의 구현된 바가 없다.
특히 스트레처블 태양전지를 구현하려면 빛을 전기로 전환하는 광활성층의 높은 전기적 성능과 기계적 신축성 확보가 필수인데, 이 두 가지 특성은 서로 상충관계를 가지고 있어 구현이 매우 어려웠다.
이에 연구팀은 높은 전기적 성질을 가지는 전도성 고분자에 고무처럼 늘어나는 고신축성 고분자를 화학 결합해 높은 전기적 성능과 기계적 신축성을 동시에 가지는 새로운 형태의 전도성 고분자를 개발했다.
개발된 고분자는 현재 세계 최고 수준의 광전변환효율(19%)을 내면서 신축성도 기존 소자보다 10배 이상 높다. 개발된 전지는 40% 이상 잡아당겨도 작동하기 때문에 웨어러블 제품에 응용 가능성을 증명했다고 연구팀은 설명했다.
김범준 교수는 "세계 최고성능의 스트레처블 유기 태양전지를 개발했을 뿐만 아니라 새로운 개념의 고분자 소재를 통해 자유형상 및 신축성을 요구하는 다양한 전자소자에 응용가능한 소재 원천 기술을 개발했다는 것에 큰 의의가 있다"고 밝혔다.
이번 연구결과는 에너지 분야 국제학술지 '줄(Joule)'에 게재됐다.
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