국내 연구진이 기능화된 탄소기반 양자점 단일층을 효과적으로 도입하여 유기태양전지의 안정성 및 광전 변환 효 율을 획기적으로 개선한 태양전지를 개발했다. 태양전지의 전기적인 성능과 다기능한 역할의 효율이 기존보다 약 17.8%이상 증가한 것. 연구진에 따르면, 광 에 너지 전환 효율(Power Conversion Efficiency : PEC)은 최대 10.3%의 효율을 얻었고, 안정성도 개선됐다.
유기태양전지는, 주로 생산되고 있는 실리콘계 태양전지에 비해 가공이 쉽고 재료가 다양하며 가격 또한 저렴해 경제성이 높다. 그러나 상대적으로 빛을 전기로 바꾸는 광전 변환 효율이 낮고 오래 사용할 경우 안정성이 떨어져 상용화에 어려움이 있었다.
이를 해결하기 위해 한국과학기술연구원(KIST) 전북분원 양자응용복합소재센터의 손동익 박사 연구팀은 유기태 양전지의 표면 개질 고분자 층(PEIE) 표면 위에 ‘기능화된 산화아연-그래핀 양자점’을 수 나노미터 두께인 단일층 으로 처리하여 유무기 하이브리드 구조의 유기태양전지를 개발했다.
개발된 ‘기능화된 산화아연-그래핀 양자점 단일층’은 단순한 용액공정을 통하여 쉽고 빠르게 형성할 수 있고, 기존 의 산화아연-그래핀 양자점보다 우수한 단일층 형성을 보이며 효과적으로 광활성층에서 생성된 전자가 전극으로 원활하게 이동하는 것에 도움을 주게 되어 태양전지의 광전 변환 효율의 증대를 가져 오게 된다.
기존 그래핀 표면에는 존재하지 않는 –NH 또는 –NR 기능기[Yellow: ZnO, Black: Carbon, Red: Oxygen, Grey: Hydrogen, Blue: Nitrogen, Green: Alkyl group(-C7H15)]가 옥틸아민(Octylamine)을 통해 그래핀 표면에 형성됨 으로써 유기용매 분산도를 높이고 PEIE층과 더욱 강한 전기적 결합으로 인해 박막 형성 시 균일한 단일층을 형성 하도록 했다.
KIST 손동익 박사는 “기능화된 산화아연-나노카본 양자점을 이용하여 기존 전자수송층 뿐만 아니라, 다양한 기능 의 특성을 통해서 광에너지 전환 효율을 향상시키고, 솔라셀 폴리머 물질과의 계면 인터페이스 또한 우수하여 유 기태양전지의 내구성을 획기적으로 개선시킨다”며, “후속으로 연구 중인 나노카본을 기반으로 한 금속 물질 복합 구조 양자점을 사용한다면 유기태양전지의 상업화에 크게 기여할 것으로 보인다”고 말했다.
추경미 기자 (ckm@hellot.net)
