순청 박사 (사진=경상국립대 제공)

경상국립대학교(GNU) 화학과 김윤희 교수팀은 한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 김범준 교수팀과 유기 태양전지 분야에서 새로운 비플러렌계 유기반도체 고분자를 개발하고 이를 사용해 높은 수준의 효율을 나타내는 올폴리머(All-Polymer) 태양전지 개발에 성공했다고 밝혔다.

기존의 올폴리머 태양전지 가운데 높은 효율을 나타내는 이 성과는 재료 분야 저명 국제학술지인 ‘어드벤스드 펑셔널 머터리얼스(Advanced Functional Materials)’(IF=18,808) 10월에 온라인 게재됐다.

이번 연구는 한국연구재단 중견연구자 지원사업의 지원으로 수행됐으며, 화학과 BK21 신진연구자인 순청 박사와 김범준 교수팀 서수덕 박사과정생이 공동 제1저자로 참여했다.

유기박막 태양전지의 억셉터 재료는 이제까지는 주로 고가의 플러렌 유도체를 사용하였고 최근에는 비플러렌 저분자 억셉터를 사용하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 올폴리머 태양전지는 비플러렌 저분자 억셉터 대신 비플러렌 고분자 억셉터를 사용하는 것인데 올폴리머 태양전지는 저렴한 비용, 신축성, 뛰어난 기계적 안정성으로 인해 신재생 에너지의 상용화를 위해서는 이러한 올폴리머 태양전지의 필요성이 증가할 것으로 예측된다.

이번 연구에서는 입체 규칙성 조절을 통해 고이동도 특성을 갖는 새로운 비플러렌계 억셉터 고분자 유기반도체 재료를 개발해 올폴리머 태양전지에 적용하는 연구를 실시, 올폴리머 태양전지 가운데 높은 13.4%의 전력 변환 효율(PCE)을 확인했다.

또 입체 규칙성과 이동도, 광전변환 효율의 상관관계를 규명해 향후 비플러렌계 소재 개발 방향을 제시, 이들 결과는 앞으로 유연하고 고효율고안정성 유기 태양전지의 상용화를 위해 중요한 역할을 할 것으로 기대를 모으고 있다.

한편, 경상국립대는 15년 전부터 유기반도체 재료를 연구해 왔으며, 미국 스탠퍼드, 시카고, 아르곤 연구소, 영국의 임페리얼대학, 이탈리아 밀라노대학, 일본 이화학연구소 등 해외 우수 그룹과 공동연구를 수행하고 있다. 국내에서는 삼성 디스플레이, 삼성 종합기술원, 엘지 디스플레이, 서울대, 카이스트, 포항공대, 유니스트, 지스트, 디지스트, 화학연구원, 키스트, 한양대학교, 중앙대학교 등과 공동연구를 수행 중이다.