제1저자 경상국립대 윤동환, 송쉬야오, 자연대학 화학과 김윤희 교수, 나노·신소재공학부 김기환 교수. (사진=경상국립대 제공)

국내 연구진이 3세대 태양전지로 각광받는 유기태양전지 물질인 비풀러렌 억셉터를 새롭게 합성했으며, 이를 삼원혼합구조를 통한 고성능의 유기태양전지를 개발했다. 유기태양전지의 상용화에 한 발짝 더 다가선 것이다.

경상국립대학교 공과대학 나노·신소재공학부 김기환 교수 연구팀은 자연과학대학 화학과 김윤희 교수, 인하대학교 박수진 교수 연구팀과 공동으로 유기태양전지의 고성능화에 새로운 방안을 제시했다.

유기태양전지는 용액공정이 가능해 제작 비용이 적고 유연하며 반투명하다. 유기반도체 물질을 통해 색을 조절할 수 있기 때문에 많은 연구가 진행되고 있는 분야 가운데 하나지만, 다른 태양전지에 비해 부족한 흡수로 인한 낮은 성능은 유기태양전지의 상용화에 걸림돌이 되고 있다.

연구팀은, 현재 많이 사용되는 소재인 BTP-4H의 가지형 알킬기를 선형 알킬기로, 말단기 벤젠을 벤조사이오펜으로 치환을 통해 비풀러렌 억셉터인 Y5-BT를 새롭게 합성했다.

또한, 기존 유기태양전지는 하나의 도너와 억셉터를 첨가하는 벌크 이종접합구조에서 새로 합성한 억셉터를 추가로 첨가한 삼원혼합구조를 통해 단점을 보완해 고성능의 유기태양전지를 개발했다.

김기환 교수는 "이번 연구에서 새로운 물질의 합성 및 삼원혼합구조를 통해 유기태양전지의 상용화에 한 걸음 더 다가갔다"고 말하고 "비풀러렌 억셉터 합성에 새로운 방향성을 제시해 유기태양전지의 발전을 기대한다"고 밝혔다.

이번 연구는 한국연구재단이 지원하는 미래유망 수소기술 인재양성 연구단, 그린에너지융합연구소, BK21 GNU 지능형 첨단소재 개척인재양성 교육연구단, 분자소재화학 미래인재 교육연구단 지원으로 수행했다.

연구 성과는 에너지·소재 분야 국제학술지 '에이씨에스 어플라이드 에너지 머티리얼스(ACS Applied Energy Materials)'(IF 6.959) 표지논문으로 1월 31일에 온라인 게재됐다.