국내 연구진이 차세대 에너지원으로 각광 받고 있는 플라스틱 태양전지의 광전환 효율을 획기적으로 높이는데 성공했다.

KAIST 김범준 교수와 부산대 우한영 교수 공동연구팀은 전도성 고분자의 분자량과 구조를 조절해 5% 이상의 높은 광전환 효율을 가진 태양전지를 개발했다고 29일 밝혔다.

유기태양전지는 고분자-풀러렌 구조의 태양전지와 고분자-고분자 태양전지 등 두 가지 형태가 있는데 기존 고분자-풀러렌 구조는 10% 정도의 높은 효율을 갖지만 합성비용이 비싸고 정제하기 어렵다는 단점이 있다.

또 에너지 레벨을 제어하기 어려워 높은 전압값을 얻기 힘들다. 반면 고분자-고분자 태양전지는 기존 풀러렌 유기태양전지에 비해 기계적인 안정성과 열내구성이 탁월하지만 광전환 효율이 4%로 현저히 낮다는 한계가 있다.

연구팀은 광 활성층을 형성하는 두 고분자가 잘 섞이지 않고 과도하게 분리돼 광전환 효율을 감소시키는 상 분리 현상을 제어해 효율을 기존보다 1%포인트 이상 높이는데 성공했다. 특히 실험단계에서 태양전지의 광전환 효율을 그동안 학계에 보고된 것 중 가장 높은 6%까지 끌어올렸다. 이를 이용하면 값비싼 기존 풀러렌 유기태양전지를 대체할 수 있을 것으로 평가받고 있다.

김 교수는 “이번 연구는 고분자 플라스틱 태양전지가 유연성이 필요한 휴대용 전자소자의 미래 에너지원으로서 응용 가능성이 있음을 보여준 사례”라고 의미를 부여했다.

유주경 기자 willowind@ggilbo.com