화학뉴스

국내 연구진이 양자점 태양전지 효율을 개선하는 기술을 개발했다.
울산과학기술원(UNIST) 장성연 에너지 및 화학공학부 교수팀은 유기 고분자를 소재로 적용해 양자점(아주 작은 무기물 반도체 입자) 태양전지 성능을 극대화하는 양자점-유기 고분자 접합 태양전지를 개발했다고 4월23일 밝혔다.
태양전지는 태양광을 흡수한 물질(광활성층)이 전자(Electron)과 정공(Hole)을 만드는 성질을 이용하고 있다.
전자가 광활성층을 빠져나오면 빠진 자리에 마치 구멍이 생기듯 정공이 생기며 전자와 정공이 각각 태양전지의 음극과 양극으로 이동해 전력 생산으로 이어지는 구조이다.
따라서 태양전지 효율을 높이려면 전자-정공 쌍을 늘리고 전자-정공 쌍들이 전극으로 잘 운반되도록 해야 한다.
연구팀은 정공을 더 잘 뽑아내고 운반할 수 있도록 양자점 태양전지의 한쪽을 유기 고분자로 바꾸었다.
새로 개발한 유기 고분자는 정공 추출능력이 뛰어날 뿐만 아니라 전자와 정공이 다시 결합하는 것도 막아 정공을 양극으로 잘 운반하는 것으로 알려졌다.
양자점 태양전지는 전자가 풍부한 양자점(n형 양자점)과 정공이 풍부한 양자점(p형 양자점)을 결합하는 것이 일반적이나 연구에서는 p형 양자점 대신 유기 고분자를 붙였다.
고분자를 이루는 단량체의 화학구조 등을 고려해 일정한 분자량으로 합성하고 n형 양자점에 접합해 태양전지를 구성했다.
이에 따라 만들어진 양자점 태양전지 효율은 기존 p형 양자점 기반 소자(10.8%)보다 향상된 11.5%를 기록했고, 특히 새로 개발한 유기 고분자 소재는 손쉬운 용액공정으로 만들 수 있어 전체 태양전지 소자를 상온에서 용액공정으로 제조하는 것이 가능한 것으로 알려졌다.
장성연 교수는 “그동안 양자점 태양전지 전류 생성에 큰 걸림돌이었던 정공 운반 문제를 해결한 연구”라면서 “고분자 소재를 더 연구해 구조를 최적화하면 더 우수한 특성을 가진 정공 수송 소재를 개발할 수 있을 것”이라고 강조했다.
연구는 에너지 분야 국제학술지 어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials) 2월24일자 표지 논문으로 소개됐다. (K)