▲ 울산과학기술원(유니스트) 에너지 및 화학공학부의 양창덕 교수팀은 고무처럼 잘 늘어나는 `실리콘 기반의 고분자`를 활용해 `고유연성 유기 태양전지`를 만드는 데 성공했다. (사진 = 유니스트 제공) |
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100번 접었다 펴도 안정적으로 작동하는 `유기 태양전지`가 개발됐다. 접어서 휴대하는 태양전지나 각종 웨어러블 전자기기의 전원용 태양전지를 쓸 날이 한층 가까워졌다. 울산과학기술원(유니스트)(총장 정무영) 에너지 및 화학공학부의 양창덕 교수팀은 고무처럼 잘 늘어나는 `실리콘 기반의 고분자`를 활용해 `고유연성 유기 태양전지`를 만드는 데 성공했다.
이번에 개발한 태양전지는 모든 요소가 고분자로 이뤄져 잘 휘어지고 늘어난다. 또 100번을 접었다 펴도 기존 효율을 90%까지 유지할 정도로 안정성도 뛰어났다. 유기 태양전지는 기존의 실리콘 태양전지(무기 태양전지)보다 싸고 쉽게 만들 수 있어 차세대 태양전지로 꼽힌다. 특히 가볍고 잘 휘어져 휴대하거나 착용하는 전자기기에 적용할 미래형 태양전지로도 주목받고 있다. 상용화 가능한 수준인 10% 효율은 이미 달성한 상태라, 과학자들은 실제로 적용할 때 문제점을 하나씩 해결하고 있다.
이번 연구에서 양창덕 교수팀은 유기 태양전지의 유연성을 제대로 살릴 방법을 찾았다. 기존에 발표된 유기 태양전지의 경우, 태양빛을 직접 흡수해 전류를 만드는 `광활성층`과 기판이 되는 `ITO(인듐 주석 산화물) 투명전극`이 쉽게 깨질 수 있다. 따라서 실제로 접거나 구기면 파손되거나 효율이 떨어질 가능성이 있었다.
제1저자로 이번 연구에 참여한 산산 첸(ShanShan Chen) 유니스트 에너지공학과 박사는 "광활성층에 다른 물질을 첨가하면 효율이 떨어질 수 있으므로 기존 물질에 영향을 주지 않는 첨가제 개발에 중점을 뒀다"며 "상업적으로 많이 쓰이는 스타이렌과 실리콘 고분자물질의 화학반응을 통해 고무처럼 잘 늘어나는 성질의 고분자를 개발했다"고 설명했다.
개발한 첨가제로 제작한 유기 태양전지는 6.87%의 효율을 달성했으며, 100번 굽혔다 펴도 90% 이상 그 효율을 유지했다. 광전변환 성능과 기계적인 안전성을 분석한 결과 첨가제가 기존 광활성층 물질에 적절히 섞이면서 효율을 유지하고 신축성도 높인다는 게 확인됐다.
이 기술 개발을 총괄한 양창덕 교수는 "휴대할 수 있는 태양전지나 웨어러블 기기에 적용하는 유기 태양전지의 초석이 될 것"이라고 기대하며 "향후 고효율ㆍ고유연성 유기 태양전지를 위한 소재 합성 지침으로 활용될 것"이라고 내다봤다. 허종학 기자
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