금속산화물 잉크에 이온 촉매 첨가…광전변환효율 10%, 전기전도도 20배 등 성능 향상 지스트(광주과학기술원)는 동국대 공동연구팀과 공동으로 고온의 후공정 없이 음이온 촉매를 첨가하는 간단한 방법으로 차세대 유기태양전지의 전기전도도를 20배 이상 개선하는 공정을 개발했다고 밝혔다. 유기태양전지의 필수 소재로 사용되는 몰리브덴 산화물(MoO3)은 몰리브덴 금속 원자에 산소 원자가 결합한 형태의 화합물로서 투명한 전기전도성 박막이다. 몰리브덴에 기능성 유기물이 결합된 유무기 하이브리드 화학소재를 이용한 유기졸겔합성법은 잉크를 통해 금속산화물 박막을 형성하는 공정으로, 기존 진공 열증착 공정을 대체할 수 있다. 그러나 이 박막에 높은 전기적 성능을 이끌어내기 위해서는 금속산화물만의 네트워크가 치밀하게 형성되는 과정이 필수적인데, 이러한 과정은 200℃ 이상의 고온 후공정이 필요해 그 실용성에 문제가 있었다. 지스트 이광희 교수팀(신소재공학부)은 동국대학교 권순철 교수팀(융합에너지신소재공학과)과 함께 금속산화물 잉크에 음이온 촉매를 더해 상온에서 높은 성능의 몰리브덴 산화물을 개발했으며, 양산 가능한 차세대 고효율·장수명 유기태양전지를 개발했다. 이러한 상온 공정은
헬로티 이동재 기자 | 얇을수록 투명해지는 대신 전기전도도는 낮아지는 투명전극. 그 가운데 상용 투명전극 보다 3배 얇지만 전기전도도는 높은 초박막 투명전극 제조기술이 소개됐다. 고려대학교 김태근 교수 연구팀이 초박막 투명전극의 전기전도도와 투과도를 독립적으로 제어할 수 있는 도핑 방법을 개발하고 이를 통해 고효율 에너지 변환소자를 구현했다. 첨단 광‧에너지 소자의 효율을 결정하는 핵심부품인 투명전극을 50나노미터 이하 두께로 만들면서 전기적, 광학적 성능은 동시에 높일 수 있는 표면처리 기술이다. 유기발광다이오드나 태양전지 소자들이 소형화되고 유연성을 요구하기 때문에 전극 또한 투과도와 전기전도도를 유지하면서 더욱 얇아져야 한다. 하지만 전극은 두께가 감소하면 투명도는 향상되지만 면저항은 반대로 증가하는 모순된 관계를 보인다. 따라서 기존 광 변환 소자들은 투명도의 손실을 보더라도 150나노미터 이상의 두꺼운 투명전극을 사용한다. 연구팀은 니켈, 은, 구리 등 금속을 전계 유도 이온 주입 방식으로 투명전극 표면에 확산, 박막의 전기, 광 특성을 독립적으로 제어할 수 있는 도핑 방법을 개발했다. 금속 이온을 전극 표면에 국부적으로 도핑함으로써 박막의 높은 투
[첨단 헬로티] 한국과학기술연구원(이하 KIST) 연구진이 유기태양전지의 높은 효율과 동시에 높은 안정성을 갖는 태양전지를 구현할 수 있는 새로운 고분자 물질을 개발했다. KIST 물질구조제어연구센터 백경열 박사팀은 유기태양전지의 핵심 구성요소인 정공수송층(Hole Transport Layer, 유기태양전지의 정공을 전달하는 역할을 하는 층)으로 널리 사용되는 전도성 고분자인 ‘PEDOT:PSS’를 대체할 수 있는 새로운 고분자 복합소재를 개발했다. 유기태양전지는 값이 저렴하고 대면적화가 비교적 용이하며 플렉서블한 태양전지 생산이 가능한 장점을 가지고 있다. 태양전지 내의 빛을 받아 발생한 정공(+)을 전극으로 이동시키는 정공수송층의 소재로 쓰이던 전도성 고분자인 ‘PEDOT:PSS’는 유기태양전지에 널리 사용되고 있지만 강한 산성수용액으로 인한 전극 분해현상, 제한된 용매사용, 낮은 전도성으로 인해 효율저하 및 짧은 수명을 야기해 이를 개선하기 위한 연구가 꾸준히 진행되고 있었다. KIST 백경열 박사팀은 이러한 한계점을 극복하기 위해 전도성을 가지는 블록공중합체와 카본소재를 복합화한 복합소재를 개발, 기존 정공수
광주과학기술원 이광희 교수 연구팀이 “인쇄형 적층 유기태양전지 생산 공정 단계를 절반으로 줄이는 인쇄 기술을 개발했다”고 전했다. 이광희 교수는 이번 연구 성과에 대해 “공정비용 및 제작단가를 크게 절감시켜 유기태양전지 상용화를 앞당기는 데 기여할 것”이라고 말했다. 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 연구팀이 발견한 나노혼합물의 자가 조립 현상을 이용하면 총 4번의 공정 단계로 적층형 유기태양전지를 제작할 수 있다. 고분자 전해질인 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine, PEI)과 광활성 물질을 혼합해 이들 물질 간의 표면 에너지 차이로 자발적인 수직적 상 분리가 발생하는데, 이로 인해 기능층(PEI)과 광활성층을 한 번의 인쇄 공정으로 형성할 수 있게 됐다. 또한 이 연구는 PEI의 분자량과 나노혼합물 상 분리 현상의 관계를 규명했다는 의의가 있다. 정적인 코팅방식의 인쇄 공정에서 기존에
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