한국연구재단, 인쇄 공정 크게 줄인 유기태양전지 개발 완료

 

한국연구재단은 고효율의 인쇄형 적층 유기태양전지 제작 공정을 크게 줄인 새로운 인쇄 기술을 개발했다고 밝혔다.

유기태양전지는 기존의 실리콘과 같은 무겁고 부서지기 쉬운 무기물 기반 태양전지와 달리 가볍고 유연하여 휴대하기 쉬운 장점이 있다. 또한 용액 공정이 가능하여 값 싼 비용으로 신문을 찍어내듯 연속적으로 생산할 수 있는 넓은 면적의 인쇄 공정이 가능하다. 그래서 웨어러블 및 휴대용 전자기기의 전원으로 사용될 차세대 저가형 신재생 에너지원으로 각광받고 있다.

이에 연구팀은 고분자 전해질인 폴리에틸렌이민(PEI)과 광활성 물질을 혼합한 나노혼합물을 적층형 유기태양전지에 적용했다. 나노혼합물은 구성하는 물질들 간의 표면 에너지 차이로 인해 자발적인 수직적 상 분리가 발생했다. 그로 인해 기능층(PEI)과 광활성층을 한 번의 인쇄 공정으로 형성할 수 있었다.

일반적인 단일층 유기태양전지는 양 전극을 제외하고 3개 이상의 주요 구성층들로 이루어진다. 2개의 단일층 유기태양전지를 쌓은 형태인 적층형 유기태양전지는 6개 이상의 주요 구성층들이 필요하고, 이를 제작하기 위해 6번 이상의 공정 단계가 필요하다.

반면 연구팀의 나노혼합물의 자가 조립 현상을 이용하면 여러 공정이 각각 한 번의 인쇄 공정으로 가능하다. 때문에 총 4번의 공정 단계로 적층형 유기태양전지를 제작할 수 있어 제작 단가가 크게 절감할 수 있다. 나노혼합물을 이용하여 제작된 적층형 유기태양전지는 세계에서 인쇄 공정으로 제작된 적층형 유기태양전지 중 가장 단순한 구조를 가진다.

 

또한 성능적인 측면에서는 9.1%의 높은 광변환 효율을 달성하여 유기태양전지 상용화를 위한 효율 기준치인 비결정성 실리콘 기반의 무기태양전지 효율(최대 약 10%)에 근접하는 성과이다. 

아울러 나노혼합물의 자발적인 상 분리를 이용하는 새로운 인쇄 기술은 유기태양전지뿐만 아니라 이와 유사한 소자 구조를 가지는 미래의 구부러지는 전자 기기에 쓰일 유기 전계효과 트랜지스터와 OLED 면광원 등 전반적인 유기 전자소자의 제작 공정에도 적용될 수 있다.

한편 이광희 교수는 “이번 연구성과는 인쇄 기법을 통해 고효율의 적층형 유기태양전지의 생산 공정 단계를 크게 줄여 단순화시켰기 때문에 공정비용이 크게 절감될 것이며, 이는 유기태양전지 상용화를 앞당기는데 크게 기여할 것으로 기대된다”고 연구의 의의를 전했다.

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 한국연구재단, 인쇄 공정 크게 줄인 유기태양전지 개발 완료