차세대 태양전지로 주목받는 유기태양전지의 상용화를 가로막아 온 제조 환경 문제를 국내 연구진이 개선했다. 연구팀은 일반 대기 환경에서 제작한 유기태양전지의 광전변환효율을 끌어올려 생산비용 절감과 대량생산 가능성을 높였다.

건국대학교는 이 대학 화공생명에너지공학부 문두경 연구특임교수 연구팀이 일반 대기 환경에서 제작한 정구조 유기태양전지의 광전변환효율 19%를 달성했다고 밝혔다.

유기태양전지는 가볍고 유연해 건물 외벽이나 차량, 의류 등에 적용할 수 있는 차세대 태양전지로 꼽힌다. 하지만 지금까지 보고된 고효율 성과 대부분은 수분과 산소가 차단된 클린룸이나 글러브박스 환경에서만 구현돼 상용화에 한계가 있었다.

연구팀은 기존 고효율 소재인 Y6 계열을 바탕으로 구조를 단순화한 신규 광활성층 소재 ‘M-Y6 시리즈’를 개발했다. 광활성층은 태양빛을 흡수해 전기를 생산하는 태양전지의 핵심 구성 요소다.

새 소재는 기존 성능을 유지하면서도 제조 공정을 단순화하고 생산성을 높였다. 특히 주변 환경 변화에 대한 민감도를 낮춰 습도 65% 수준의 환경에서도 19%에 가까운 광전변환효율을 니타냈다.

상부 전극 형성 공정을 제외한 대부분의 제작 과정을 일반 대기 환경에서 수행했음에도 세계 최고 수준의 성능을 확인했다는 것이 연구팀의 설명이다.

이번 기술은 필름 형태 태양전지를 연속 생산하는 롤투롤(Roll-to-Roll) 공정에도 적용할 수 있어 대량생산 가능성을 높였다는 평가를 받고 있다. 또 수입 의존도가 높은 핵심 소재의 국산화 가능성도 제시했다.

문 교수는 “휴대용 전자기기와 차량일체형 태양전지, 건물일체형 태양전지 등 다양한 분야에 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구 결과는 에너지 분야 국제학술지 Advanced Energy Materials 최신호 표지논문으로 선정됐다.