[미디어유스 라인뉴스팀] 국내 연구진이 양자점 단일점을 효과적으로 도입하여 유기태양전지의 안정성 및 광전 변환 효율을 획기적으로 개선한 전지를 개발했다. 관련 연구는 연구의 참신성을 인정받아 에너지 재료 분야의 권위지인 Advanced Energy Materials에 게재되었다.

23일 전북도에 따르면, 한국과학기술연구원(KIST) 전북분원 복합소재기술연구소 소프트혁신소재연구센터 손동익 박사팀이 제1 저자로 참여한 문병준 연구원과 함께 차세대 나노소재재료 중 하나인 양자점 단일층을 이용하여 광전환 효율을 증대시키면서, 소자의 안정성을 강화한 유기 태양전지를 개발했다.

이번 연구 성과는 에너지재료 분야의 권위지인 어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)에 "Enhanced Photovoltaic Performance of Inverted Polymer Solar Cells utilizing Multi-functional Quantum-dots Monolayer"의 제목으로 9월 11일에 온라인판으로 게재되었다.

일반적으로 유기태양전지에서 태양광을 흡수하여 전자(Electron)와 정공(Hole)을 형성하는 광활성층 (Active layer)이라 불리는 유기물층 (P3HT 혹은 PTB7 고분자 물질)은 태양광을 받아 전자를 내놓는 ‘전자주게물질’ (Donor)과 전자를 받아서 전극으로 전달해주는 ‘전자받게물질’ (Acceptor; PCBM: 탄소나노물질)의 혼합층 (탄소복합구조)으로 이루어져 있다.

하지만 유기태양전지의 특성상 광활성층의 두께는 제한적이고 광활성층에 사용된 유기물질의 종류에 따라 고유의 특성이 존재하므로 태양광의 전 파장 영역에서 100% 흡수할 수 없다는 단점을 가지고 있다.

연구팀은 유기태양전지의 표면 개질 고분자 층(PEIE) 표면 위에 ‘카드뮴 셀레나이드(CdSe)’를 수 나노미터 두께인 단일층으로 처리한 유무기 하이브리드 구조를 가진 유기태양전지를 제작했다.

기존에 사용된 자외선 영역의 파장을 가지는 넓은 밴드갭의 금속 산화물 나노입자는 전자 수송층으로만 사용했었기 때문에 효율을 향상시키기에는 많은 제약이 있었다.

이 연구에서 가시광선 영역의 파장을 가지는 카드뮴 셀레나이드(CdSe)양자점 단일층 구조를 형성하여 기존의 금속 산화물 나노입자가 했었던 전자수송층 역할은 물론이고, 일정한 광흡수, 광산란, 플라즈모닉 특성 등의 다기능한 역할로 기존보다 20%이상 효율을 증가함과 동시에 안정성도 개선됨을 확인했다.

KIST 손동익 박사는 “단일층 양자점을 이용하여 기존 전자수송층 뿐만 아니라, 다양한 기능성을 통해서 광에너지 전환 효율을 향상시키고, 용액 안정도가 커 유기태양전지의 내구성을 획기적으로 개선시킨다”며 “후속으로 연구 중인 차세대 재료인 그래핀 양자점과의 복합구조를 가진다면 유기태양전지의 상업화에 크게 기여할 것으로 보인다”고 말했다.