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식품첨가제로 활용되는 친환경 용매에 고분자 물질을 합성하는 방식의 태양전지 제작 기술이 개발됐음.

포스텍은 박태호 화학공학과 교수와 김홍일·이준후 박사 연구팀이 캐나다 토론토대 연구팀과 공동연구를 통해 친환경 용매에 잘 녹는 고분자 물질을 합성하는 데 성공함.

건물의 창문이나 외벽에 붙이는 이른바 ‘바르는 태양전지’는 용액 공정을 통해 만들어짐. 태양전지 소재가 되는 유기물을 액체 상태로 만들고 필요한 부분에 신문처럼 인쇄하는 방식임.

이때 유기물은 페인트나 잉크처럼 만들어 사용됨. 그러나 효율이 높은 고분자는 독성이 낮거나 없는 용매에는 잘 녹지 않아 독성이 있는 용매를 통한 공정으로 만들어졌음. 이런 이유로 실험실 수준의 연구는 가능하지만 상용화에는 어려움이 있었음.

연구팀은 비대칭 구조를 갖는 고분자 물질을 합성하고 용해도를 높여 식품첨가제로도 사용되는 친환경 용매에도 녹을 수 있도록 했음. 합성된 고분자 물질은 태양전지에 활용할 수 있을 정도로 적합한 ‘배향’을 가진다는 사실을 확인했음. 배향은 고분자로 이뤄진 고체물질 속에서 미세 결정이나 고분자 사슬이 일정 방향으로 배열되는 현상을 말함.

연구팀이 개발한 고분자 물질은 태양전지에 적합한 배향뿐만 아니라 전하 이동에 방해가 되는 결정 표면이 없고 열에 의한 결정화가 일어나지 않아 고온에서도 안정적임. 이를 통해 제작한 태양전지를 사용해 최고 13.2%의 광전효율을 얻었음. 고온 조건에서도 120시간 뒤 89%의 효율을 유지했음.

박태호 교수는 “차세대 태양전지의 대량 생산에 필요한 친환경 공정의 가능성을 제시한 연구”라며 "차세대 유기 박막 트랜지스터, 유기 태양전지 등에 도입할 수 있다“고 말했음.

본 연구 성과는 ‘Advanced Energy Materials’ 지에 게재됨.