탄소나노튜브로 유기태양전지 효율 33% 높여

KAIST 김상욱 교수팀

국내 연구진이 유기태양전지의 에너지 효율을 높였다는 논문을 잇따라 발표했다.

KAIST 김상욱 신소재공학과 교수팀과 유승협 전기전자공학과 교수팀은 유기태양전지에 탄소나노튜브를 적용해 태양전지의 효율을 33%까지 향상시키는 데 성공했다고 28일 발표했다. 이 연구 결과는 '어드밴스드 머티리얼즈' 온라인판에 실렸다.

태양전지는 실리콘 등 반도체 소재가 빛을 받으면 전자(음전하 운반)와 정공(양전하 운반)이 생기고,이들이 움직이면서 전위차가 생겨 전기를 발생시키는 원리로 작동한다. 태양전지는 실리콘이나 화합물반도체 등으로 이뤄진 무기물 태양전지와 염료감응 태양전지 등 유기물을 포함한 유기물 태양전지로 나뉜다. 유기물 태양전지는 고가의 실리콘 태양전지보다 가격이 저렴하며 잘 휘고 투명한 성질이 있으나,태양빛을 받아 전자와 정공을 형성하는 반도체고분자의 수송도가 낮아 효율이 떨어진다는 단점이 있었다.

이 문제를 해결하기 위해 탄소나노튜브 등을 이용해 전자와 정공의 빠른 수송 경로를 만들어주는 방법이 연구돼 왔다. 그러나 이 경우 전자와 정공이 자기들끼리 결합하면서 전류 흐름이 오히려 감소하고 효율이 떨어지는 문제가 발생했다. 연구진은 붕소 또는 질소로 도핑된 탄소나노튜브를 적용,전자나 정공 중 한쪽만 선택적으로 수송하도록 함으로써 이들의 재결합을 막아 태양전지 효율을 최대 33%까지 높이는 데 성공했다고 설명했다. 또 도핑된 탄소나노튜브가 반도체고분자 내에서 고르게 분산되며 기존 공정을 그대로 사용해 유기태양전지를 만들 수 있다고 덧붙였다.

또 김영독 성균관대 화학과 교수와 임동찬 한국기계연구원 연구원팀은 유기태양전지의 전극소재인 산화아연에 탄소나노튜브를 균일하게 배합,유기태양전지의 효율을 2배 향상시켰다는 연구 결과를 어드밴스드 머티리얼즈에 실었다고 밝혔다. 탄소나노튜브가 들어가면 광활성층의 접촉면적이 늘어 효율과 수명이 함께 증가한다는 설명이다.

이해성 기자 ihs@hankyung.com