동국대·GIST 연구팀, 차세대 유기태양전지 공정 개발

[헤럴드경제=박혜원 기자] 동국대와 광주과학기술원(GIST) 공동연구팀이 고온 후공정 없이 음이온 촉매를 첨가하는 간단한 방법으로 차세대 유기태양전지의 전기전도도를 20배 이상 개선하는 공정을 개발했다.

8일 동국대에 따르면 이 학교 융합에너지신소재공학과 권순철 교수와 이광희 GIST 신소재공학부 교수의 공동 연구팀은 금속산화물 잉크에 음이온 촉매를 더해 상온에서 높은 성능의 몰리브덴 산화물과 양산 가능한 차세대 고효율·장수명 유기태양전지를 개발했다.

이 같은 상온 공정은 기존 프린팅 방식보다 단순화돼 유기태양전지 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.

연구팀은 몰리브덴 산화물 잉크에 단순히 리튬비스마이드(LiTFSI) 음이온 촉매를 첨가하여 상온에서 잉크를 도포하는 공정만으로 치밀한 금속산화물 네트워크를 형성했다. 이를 통해 전기전도성 박막의 전기전도도는 기존 공정 대비 20배 이상 향상됐다.

이번 실험에서 연구팀은 강한 전기음성도를 가진 음이온 촉매가 기능성 유기물에 전자 재배열을 유도할 수 있다는 가능성을 확인했다. 이 과정에서 표면의 형태, 원소 분포 등을 비교해 원리도 파악한 것으로 알려졌다.

몰리브덴 산화물은 음이온 촉매법을 통해 기존 유기태양전지의 낮은 광전변환효율을 16.0%에서 17.6%로 10% 향상시켰다. 치밀한 그물망 구조가 공기와 수분의 침투를 막아주는 동시에 100시간의 태양빛에 노출됐을 때 기존 초기 효율의 55%를 유지하던 것에 비해 초기 효율의 70% 이상을 유지하는 것으로 확인했다.

권 교수는 “이번 연구를 통해 더욱 치밀하고 안정한 금속 산화물 그물망 구조를 개발할 수 있었다”며 “이를 이용해 태양전지는 물론 다양한 고성능 광전자 소자의 핵심 기능층으로 활용할 수 있으리라 기대한다”고 했다.

이 교수도 “이번 연구는 상온에서 공정 가능한 금속산화물 반도체를 세계 최초로 개발했다는 데 가장 큰 의의가 있다”며 “향후 투명하고 유연한 다기능 전자 시스템 등의 대량 생산 연구에 활력을 불어넣을 것”이라고 기대했다.