경상국립대(GNU) 김기환 교수 연구팀이 3세대 태양전지로 각광받는 유기태양전지 물질인 비풀러렌 억셉터를 새롭게 합성했으며, 이를 삼원혼합 구조로 고성능의 유기태양전지를 개발했다고 밝혔다. 이는 유기태양전지의 상용화에 한 발짝 더 다가선 것이다.

이번 유기태양전의 개발은 경상국립대 공과대학 나노·신소재공학부(고분자공학 전공) 김기환 교수 연구팀과 자연과학대학 화학과 김윤희 교수, 인하대 박수진 교수 연구팀과 공동(제1저자 경상국립대 나노·신소재공학부 윤동환 연구원, 화학과 송쉬야오(Song Xuyao) 연구원, 인하대 화학과 이슬이 박사)으로 했다.

경상국립대 윤동환 연구원, 송쉬야오(Song Xuyao) 연구원, 자연대학 화학과 김윤희 교수, 나노·신소재공학부 김기환 교수(왼쪽부터). 경상국립대 제공

유기태양전지는 용액공정이 가능해 제작 비용이 적고 유연하며 반투명하다. 유기반도체 물질로 색을 조절할 수 있기 때문에 많은 연구가 진행되고 있는 분야 가운데 하나지만, 다른 태양전지에 비해 부족한 흡수로 인한 낮은 성능은 유기태양전지의 상용화에 걸림돌이 되고 있다.

연구팀은 현재 많이 사용되는 소재인 BTP-4H의 가지형 알킬기를 선형 알킬기로, 말단기 벤젠을 벤조사이오펜으로 치환으로 비풀러렌 억셉터인 Y5-BT를 새롭게 합성했다.

또 기존 유기태양전지는 하나의 도너와 억셉터를 첨가하는 벌크 이종접합 구조에서 새로 합성한 억셉터를 추가로 첨가한 삼원혼합 구조로 단점을 보완해 고성능의 유기태양전지를 개발했다.

김기환 교수는 “이번 연구에서 새로운 물질의 합성 및 삼원혼합 구조로 유기태양전지의 상용화에 한 걸음 더 다가갔다”며 “비풀러렌 억셉터 합성에 새로운 방향성을 제시해 유기태양전지의 발전을 기대한다”고 밝혔다.

이번 연구는 한국연구재단이 지원하는 미래유망 수소기술 인재양성 연구단, 그린에너지융합연구소, BK21 GNU 지능형 첨단소재 개척인재양성 교육연구단, 분자소재화학 미래인재 교육연구단 지원으로 수행했다.

Applied Energy Materials 온라인에 게재된 노문. ACS 사이트 캡처

연구 성과는 에너지·소재 분야 국제 학술지 '에이씨에스 어플라이드 에너지 머티리얼스(ACS Applied Energy Materials)'(IF 6.959)에 표지논문으로 지난 1월 31일에 온라인 게재됐다.

더경남뉴스 정창현 기자 gaia008@naver.com 정창현 기자의 기사 더보기

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