▲  한국과학기술원(이하 KIST) 전북분원 손동익 박사 연구팀이 차세대 반도체 소재로 각광받는 물질인 '이황화 몰리브덴'을 활용, 유기태양전지의 효율증가 연구가 지난 6월 11일 에너지재료 분야의 권위지인 저널 오브 머테리얼 케미스트리 A(Journal of Material Chemistry A)에 온라인 판으로 게재됐다.          / 자료제공 = 전북도청     © 김현종 기자

한국과학기술원(이하 KIST) 전북분원 손동익 박사 연구팀이 차세대 반도체 소재로 각광받는 물질인 '이황화 몰리브덴'을 활용, 유기태양전지의 효율증가에 성공해 상용화에 한 발짝 다가섰다.

태양의 빛에너지를 전기에너지로 변환시키는 장치인 태양전지는 차세대 에너지원으로 주목을 받고 있는 가운데 현재 상용화된 '1세대 태양전지'는 실리콘 기반의 무기반도체로 유연성이 떨어지고 제작과정이 복잡하며 가격이 비싸다는 단점을 갖고 있다.

또, 대량생산이 가능하고 접거나 말 수 있는 '유기태양전지'는 효율성이 낮아 개선을 위한 많은 연구가 진행되고 있다.

KIST 전북분원 복합소재기술연구소 손동익 선임연구원과 이규승(박사과정)‧박영재 박사 연구팀이 차세대 반도체 소재로 각광받는 물질인 '이황화 몰리브덴'을 활용, 유기태양전지의 효율 증가에 대한 원리를 규명하는데 성공했다.

특히, 세계에서 가장 얇은 반도체 물질 가운데 하나로 휘는 반도체를 만드는데 주로 사용되며 높은 전자이동도를 갖는 '이황화 몰리브덴'를 유기태양전지의 전자 수송을 돕는 층으로 사용해 광전 변환효율을 획기적으로 개선하는 등 이에 따른 효율 증가에 따른 원리가 규명됐다.

KIST 손동익 박사팀은 전지의 표면 위에 '이황화 몰리브덴 나노시트'를 전자 수송 층으로 사용해 유무기 하이브리드 구조를 가진 유기태양전지를 제작해 유기태양전지의 광전 변환 효율을 증가시켰다.

연구팀은 또, 이황화 몰리브덴 나노시트가 효율 증가에 미치는 영향을 관찰하기 위해 시간분해 형광분광법과 시뮬레이션 계산을 활용한 실험을 통해 이황화 몰리브덴을 적용하지 않은 기존의 유기태양전지 대비 27% 이상의 효율이 증가했음을 확인했다.

아울러, 안정성 역시 개선된 부문을 확인했다.

손동익 박사는 "'이황화 몰리브덴 나노시트'를 이용, 광 에너지 전환 효율을 향상 시킬 수 있으며 다양한 이차원 나노소재를 적절하게 응용한다면 차세대 고효율 유기태양전지 상용화 기술에 기여해 향후 가파른 증가추세에 있는 태양전지 시장의 수요에 부응할 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 KIST의 고유연구사업과 한국연구재단 중견연구 사업에서 지원을 받아 수행됐으며 성과는 지난 6월 11일 에너지재료 분야의 권위지인 저널 오브 머테리얼 케미스트리 A(Journal of Material Chemistry A)에 온라인 판으로 게재됐다.

☞ 전자수송층(Electron transport layer) = 전지내부에서의 원활한 전자 수송을 돕는 층.

☞ 광전 변환 효율(Photo conversion efficiency) = 태양에너지를 전기에너지로 변환하는 효율.