유기태양전지 수명을 최대 10년까지 연장, 상용화 앞당겨

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- 수명손실 기전 규명으로 유기 디스플레이, LED 등의 수명문제 해결 기대

 

 

 

□ 국내 연구진이 차세대 대체 에너지로 주목받는 유기태양전지*의 수명을 획기적으로 늘릴 수 있는 기술을 개발했다. 유기태양전지 상용화의 걸림돌이었던 짧은 수명 문제를 해결할 뿐만 아니라, 디스플레이나 발광다이오드(LED) 등 다양한 유기 전자소자의 수명 문제를 해결하는 데 기여할 것으로 기대된다.

  * 유기 태양전지 : 고분자 같은 유기물을 광활성층의 주원료로 사용하는 플라스틱 태양전지

 

  o 광주과학기술원 신소재공학부 이광희 교수(교신저자)가 주도하고 차세대에너지연구소 공재민 박사(제1저자)가 수행한 이번 연구는 미래창조과학부가 추진하는 선도연구센터지원사업, 광주과학기술원 차세대 태양전지 기술개발사업 등의 지원으로 수행되었고, 연구결과는 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)지 온라인판 12월 8일자에 게재되었다.

  (논문명: Polymer solar cells with significantly reduced burn-in loss)

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□ 유기태양전지는 용액공정을 통해 저렴하게 대면적으로 인쇄제작이 가능하기 때문에 고분자의 유연성을 이용한 차세대 플렉서블 전자소자(flexible electronics)의 에너지원으로 주목받고 있다.

 

  o 하지만 유기 태양전지는 상용화가 불가능할 정도로 사용수명이 매우 짧은데, 이는 고분자 같은 유기물 자체의 불안정성에 기인한 것으로 간주되어 왔다.

 

□ 연구팀은 유기태양전지 수명 손실의 핵심원인으로 지목되는 번-인* 현상이 고분자 유기물질 자체의 불안정성 보다는 고분자 광활성 물질** 내부에 존재하는 저분자들에 의해 발생됨을 밝혀냈다.

 

  o 밝혀낸 원인을 바탕으로 용해도 기반 추출법***을 통해 광활성 물질 내부에 있는 여러 종류의 분자 가운데서, 불순물로 작용하는 저분자들만 선택적으로 제거하여 소자 효율은 40% 이상 향상되고 소자수명은 최대 10년까지 예상되는 유기태양전지를 구현해냈다.

  * 번-인(Burn-in) : 고분자 유기태양전지의 초기 작동 시 발생하는 급격한 효율감소 현상

  ** 광활성 물질 : 태양전지에서 전기를 발생시키는 물질. 특히 고분자 광활성 물질은 여러 색상으로 개발할 수 있어 실내·외 장식용으로도 쓰일 수 있다. 조도가 낮은 실내에서 기존 무기 태양전지보다 더 높은 효율을 낼 수 있다.

  *** 용해도기반 추출법 : 분자들의 길이에 따라 용해도가 달라지는 특성을 이용해 저분자 영역대들을 분류·추출하는 방식

 

□ 이광희 교수는 “이번 연구는 유기태양전지 상용화의 가장 큰 걸림돌인 짧은 수명문제를 근본적으로 해결하였을 뿐만 아니라, 현재 유기 디스플레이, 유기 LED 등에서 문제가 되고 있는 번-인 문제 및 다양한 유기 전자소자의 수명 문제를 해결할 수 있는 중요한 단서를 제공할 수 있을 것”이라고 밝혔다.
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