한국과학기술원(KAIST·총장 신성철)이 국제 공동연구로 효율과 안전성을 대폭 높인 유기고분자-양자점 기반 하이브리드 태양전지 개발에 성공했다. 기존 구조상 성능 제한문제를 해결하는 방안을 제시해 하이브리드 태양전지 활용을 확대하는 기반을 마련했다.
KAIST는 이정용 EEWS 대학원 교수팀이 테드 사전트 캐나다 토론토대 연구팀과 함께 '유기 단분자 물질'을 도입, 고효율·고안정성 유무기 하이브리드 태양전지 제작 기술을 구현했다고 19일 밝혔다.
하이브리드 태양전지는 '유기 고분자'와 '콜로이달 양자점'의 장점을 모은 태양전지다. 유기 고분자는 기계 특성이 우수하고 흡광계수가 높다. 콜로이달 양자점은 근적외선 영역을 흡수하는 성질을 지닌다. 문제는 이런 장점들에도 불구하고 아직 광전변환 효율과 안전성이 떨어진다는 점이다. 기존 차세대 태양전지와 경쟁하기에 부족하다.
연구팀은 유기 단분자 구조를 추가로 도입해 고분자와 양자점 매개 역할을 맡기는 방법으로 문제를 해결했다.
유기 단분자는 전자와 양공이 짝을 이룬 '엑시톤' 추출을 원활하게 하고, 유기 고분자와 양자점사이에서 상호 보완적인 흡광 대역을 형성한다. 흡광대역은 빛을 흡수하는 파장대역이다. 이들을 통해 추가 전류 향상을 얻을수 있다. 또 에너지와 전하를 효과적으로 운반한다.
연구팀은 새로운 하이브리드 태양전지 광전변환 효율이 13.1%라고 밝혔다. 이는 기존 하이브리드 태양전지보다 30% 이상 높은 효율이다.
안정성도 뛰어나다. 제작후 1500시간 이후에도 초기 효율 90% 이상을 유지했고, 최대전력조건에서 150시간 이후에도 80% 이상 성능을 보였다.
이정용 교수는 “단분자 고입으로 기존 하이브리드 구조가 가진 고질적인 한계를 극복한 고효율 차세대 태양전지를 구현했다”며 “웨어러블 전자기기나 모바일, 사물인터넷(IoT), 드론 등 4차 산업혁명 분야에적용 가능한 차세대 에너지 동력원으로 쓸 수 있다”고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
