차세대 유기태양전지 효율 19.67%로 세계최고 근접…"상용화 추진"

세계 최고 수준에 근접한 광전변환효율을 내는 유기태양전지가 상용화 수준으로 개발됐다.

양창덕 UNIST 에너지화학공학과 교수 연구팀은 고두현 성균관대학교 교수팀과 친환경 공정으로 19.67%의 광전변환효율을 기록한 유기태양전지를 개발했다고 21일 밝혔다.

양 교수는 지난해 6월 10.81% 광전변환효율을 갖는 반투명 유기태양전지를 공개해 관심을 끌었었다.

양창덕 교수는 지디넷코리아와의 전화통화에서 "효율면에서 이제 세계 최고 수준에 도달했다. 현재 상용화를 추진 중이다"라고 말했다.

탄소와 탄소 단일 결합을 이중 결합으로 전환한 뒤 광활성층 분자 배열이 질서를 갖춘 모습과 광전변환효율 개선 정도를 나타낸 그림.(그림=UNIST)

양 교수는 "통상 효율 19%이상이면 상용화가 가능한데, 현재 비용 문제가 걸려있다"며 "실리콘처럼 저렴하게 활용하기는 어렵지만, 고가 사양 중심으로 상용화가 가능할 것으로보고, 이를 추진 중"이라고 덧붙였다.

유기태양전지는 원료를 용매에 녹인 뒤 이를 기판에 코팅하는 차세대 태양전지다. 가볍고 휘어지는 특성이 있다. 넓은 면적으로도 만들 수 있어 건물 외벽이나 창문, 웨어러블 기기 등에 적용 가능하다.

연구팀은 유기태양전지 원료 분자의 곁가지 구조를 새롭게 설계한 비풀러렌 수용체(YBOV)로 분자간 상호작용 유도와 강한 사전응집 특성을 구현했다. YBOV는 용매에 녹은 상태에서 분자끼리 뭉치게 되는데, 이 뭉침이 박막이 만들어지는 과정에서 결정 성장의 씨앗처럼 작용해 광활성층 박막의 분자 배열을 보다 질서 있게 만들어주고 전지 성능이 개선된다.

실제 YBOV 분자로 제조한 유기태양전지는 독성 염소 용매가 아닌, 친환경 오쏘자일렌 용매에 분자를 녹여 제조했을 때도 최대 19.67%의 높은 광전변환 효율을 기록했다는 것이 연구팀 설명이다.