창문이나 자동차 유리에 붙일 수 있는 손쉬운 태양전지로도 알려진 ‘유기태양전지’는 플라스틱이나 유리에 태양광을 모으기 위한 광활성고분자를 기판에 인쇄해 만든다. 아직 상용화 수준에 이르지 못한 유기태양전지의 효율을 높이기 위해 광활성고분자들에 대해 많은 연구가 진행되는 가운데, ‘곁가지’를 이용해 태양전지의 효율을 크게 높일 수 있는 기술이 개발됐다.

 POSTECH(포항공과대학교) 화학공학과 조길원교수•박사과정 이재원, 김민씨 팀은 유기태양전지용 광활성고분자의 ‘곁가지효과’를 규명하고, 이를 바탕으로 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있는 기술을 개발했다.

 재료분야 권위지 ‘어드밴스드에너지머터리얼스(Advanced Energy Materials)’ 최신호 표지논문으로 발표된 이 연구성과는 특히 유기태양전지용 광활성고분자에 반드시 있는 곁가지의 새로운 효과를 규명해 학계의 주목을 받았다.

 일반적으로 유기태양전지용 빛 흡수층에 들어가는 광활성고분자에는 용해도를 높이기 위한 화학구조의 곁가지가 붙어있다. 연구팀은 곁가지의 활용을 높이기 위해 여러 구조를 응용했으며, 특히 빛에 반응하는 방향족 고리분자를 도입한 결과, 용해도 뿐만 아니라, 빛을 전기로 바꾸는 ‘광전기적 특성’을 크게 향상시킬 수 있다는 사실을 발견했다.

 이 새로운 곁가지를 이용하면 용해도는 3배 이상 증가될 뿐 아니라, 자외선-가시광선 영역에서의 빛 흡수를 크게 향상시켜, 기존 태양전지에 비해 80% 이상 효율을 증가시킬 수 있다.

 연구를 주도한 조길원 교수는 “이번 연구성과는 유기태양전지용 광활성고분자의 곁가지효과를 분자구조 단위에서 규명하고 우수한 광전효율을 얻기 위한 화학구조 모델을 제시한 것”이라며 “이 연구를 바탕으로 현재보다 더 높은 효율의 광활성물질 개발은 물론 고효율 유기태양전지의 상용화에 기여할 것”이라고 연구의의를 밝혔다.

 한편, 이번 연구는 미래창조과학부 글로벌프론티어 소프트일렉트로닉스연구단의 지원으로 수행됐다.