재료연구소(소장 강석봉) 표면기술연구본부 임동찬 박사(연구책임자 이주열 박사)와 울산대학교 조신욱 교수, 성균관대학교 김영독 교수 등 공동연구팀은 유기태양전지가 완성되기 전 소재 단위에서 미세 영역을 분석하는 새로운 측정법을 개발했다. 이를 통해 유기태양전지 속 나노소재의 새로운 역할을 찾아냈으며, 미리 광전 반응 특성을 알 수 있어 보다 쉽고 편리하게 효율성을 예측할 수 있게 됐다.

이번 연구 결과는 네이처 자매지인 사이언티픽 리포트(Scientific Reports)에 게재됐다.

유기태양전지에 적용되는 나노소재 중 하나인 플러렌 유도체가 전자의 이동을 원활히 해줄 뿐만 아니라 정공의 이동을 효과적으로 막아 태양전지 효율 향상에 기여하는 것으로 나타났다. 기존 학계에서는 전자의 이동을 원활히 해준다고만 알려졌었다.

유기태양전지는 플러렌 유도체, 전도성 고분자, 금속산화물 등 다양한 종류의 나노소재를 혼합하거나 층층이 쌓아 제작한다. 그 중 플러렌 유도체는 전자와 정공을 각기 다른 방향으로 이동하게 해 광활성층에서 생성된 전하의 재결합을 막아 태양전지 효율을 향상시키는 것으로 나타났다.

이번에 개발된 측정법은 소자를 다 만들지 않고 소재 단위에서 미세 영역 분석만으로 예측할 수 있어 비용 절감 효과가 기대된다. 또 전하의 흐름을 이미지로 표현할 수 있어 타 연구 분야에도 쉽게 활용할 수 있다. 나노소재는 전기·전자, 에너지, 환경 등 다양한 산업분야에 적용되고 있다. 나노소재 고유의 특성뿐만 아니라 다른 소재와 결합되었을 때 나타날 수 있는 새로운 특성을 미리 파악하는 것은 중요한 정보가 되기 때문에 정밀한 측정 방법이 필요하다.

공동연구팀은 소재 단위의 측정법이 향후 나노소재 기초 및 응용연구에 파급효과가 클 것으로 기대하고 있다.

현재 태양전지의 효율을 높이기 위해 신소재를 개발하거나 기존 개발된 소재간의 혼합 비율, 적층 순서 변경 등을 통한 공정 조건을 다양화하는 두 가지 방식의 연구가 전개되고 있다. 공동연구팀은 유기태양전지의 효율을 높이고 측정법의 타 분야 적용을 앞당기기 위해 관련 연구를 지속적으로 펼쳐나갈 방침이다.

연구책임자인 이주열 박사는 “이번 기술 개발로 유기태양전지 제조 과정 중에 개별 소재가 태양전지 효율에 미치는 영향을 실시간으로 조사할 수 있어 핵심 소재의 품질 관리가 더욱 효과적으로 이뤄질 수 있다”고 말했다.

-출처: 재료연구소 홈페이지