차세대 플렉서블 전자기기용 유기태양전지 뛰어난 유연성·내구성으로 상용화 가능성 높여 스마트폰 산업에 이어서 차세대 IT 산업으로 웨어러블 및 플렉서블 전자 기기가 각광을 받고 있다. 플렉서블 전자기기를 개발하기 위해서는 기기를 구성하는 각각의 소자들이 반드시 유연해야 하며 휴대가 가능해야 한다. 유기태양전지는 가볍고 유연한 유기물 박막을 기반으로 기존 무기태양 전지에 비해 유연하고 가벼운 물리적 특성, 우수한 빛 흡수력, 그리고 낮은 공정단가 등 많은 장점을 가지고 있기 때문에 플렉서블 전자기기의 에너지 공급원으로 응용될 수 있는 가능성이 높다.유기태양전지는 빛 에너지를 흡수해 이를 전기 에너지로 변환시켜 줄 수 있는 광 활성층을 포함하고 있는데 이러한 광 활성층은 전자 주개 물질과 전자 받개 물질로 이루어져 있다. 현재 청정하고 안전한 신재생에너지가 미래 에너지 문제를 해결할 수 대안임에도 불구하고 에너지 자원 기여도가 매우 낮은 이유는 고가․저효율에 기인한 낮은 경제성 때문이다.기존 기술의 연장선상에서는 획기적인 고효율, 저가 신재생에너지 원천기술을 확보할 수 없으므로 이를 극복할 수 있는 패러다임 전환용 신기술 개발이 필요한 시점이다.국내 연구진이 플렉서블 디스플레이 및 스마트 안경 등 차세대 플렉서블·웨어러블 전자기기의 에너지원으로 각광받고 있는 유기태양전지의 상용화 가능성을 한층 높였다.유기태양전지는 무기물이 아닌 유기(탄소화합물) 재료를 주원료로 사용하는 태양전지다.기존 유기태양전지에 사용되는 풀러렌을 고분자로 대체해 기존보다 신축성은 60배 이상, 내구성은 470배 이상 향상시킨 것이다.차세대 플렉서블·웨어러블 전자기기의 구동 에너지원은 반드시 유연하며 휴대가 가능해야 하는데, 유기태양전지는 가볍고 유연한 유기물 박막을 기반으로 하기 때문에 기존 무기태양전지에 비해 유연하고 가벼우며, 우수한 빛 흡수력과 낮은 공정단가 등 많은 장점을 가지고 있어 주목을 받고 있다.하지만, 기존 유기태양전지는 효율은 높지만 그 안에 포함된 풀러렌의 취성(잘 깨지는 성질) 때문에 플렉서블 소자에 사용하기에는 내구성이 부족해 상용화에 어려움을 겪고 있었다.이에 반해 유기태양전지에 풀러렌 대신 고분자를 사용하면 고분자의 유연함과 고분자 사슬 사이의 얽힘 효과에 의해 높은 효율을 유지하면서도 내구성을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 예상돼 왔다.글로벌프런티어 멀티스케일에너지시스템연구단의 김범준 교수팀과 김택수 교수팀은 풀러렌 대신 ‘N형 전도성 고분자’라는 물질을 사용해기존 풀러렌 기반 유기태양전지보다 훨씬 뛰어난 내구성을 가지면서도 동시에 높은 효율로 전력을 생산할 수 있음을 최초로 규명했다.‘N형 전도성 고분자’를 사용한 유기태양전지는 풀러렌을 사용한 유기태양전지보다 60배 이상 향상된 연신율과 470배 이상 향상된 인성을 보였으며, 효율 또한 6.64%로 상용화에 근접한 수치를 보였다.이 과정에서 김범준 교수팀은 새로운 고효율 고분자 태양전지 시스템 개발을, 김택수 교수팀은 개발된 고분자 태양전지의 기계적 특성 분석을 담당해 협동 연구를 수행했으며, 앞으로도 연구진은 최종적으로 플렉서블 태양전지의 상용화라는 공동의 목표를 가지고 협업해서 기술을 완성시켜 나갈 것이다.김범준 교수는 “이번 연구를 통해서 고분자 태양전지가 높은 효율뿐만 아니라 소자의 기계적 특성을 획기적으로 향상시킬 수 있음을 확인 했으며, 이를 필요로 하는 다양한 부착형, 휴대용 소자 구현을 앞당겨 산업계로 큰 파급효과가 있을 것으로 예상한다”고 말했다.한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 김범준 교수와 기계공학과 김택수 교수가 주도하고 김태수 박사과정 연구원(제1저자)등이 수행한 이번 연구는 미래창조과학부 글로벌프론티어 멀티스케일에너지시스템연구단, 중견연구자지원사업, KAIST 기후변화연구허브 사업의 지원으로 진행 됐고, 연구결과는 세계적 학술지인 네이처 커뮤니케이션즈 (Nature Communications) 10월 9일자(온라인)에 게재됐다.

차세대 플렉서블 전자기기용 유기태양전지

뛰어난 유연성·내구성으로 상용화 가능성 높여

기사입력 2015-10-14 10:01:12

[산업일보]
스마트폰 산업에 이어서 차세대 IT 산업으로 웨어러블 및 플렉서블 전자 기기가 각광을 받고 있다. 플렉서블 전자기기를 개발하기 위해서는 기기를 구성하는 각각의 소자들이 반드시 유연해야 하며 휴대가 가능해야 한다. 유기태양전지는 가볍고 유연한 유기물 박막을 기반으로 기존 무기태양 전지에 비해 유연하고 가벼운 물리적 특성, 우수한 빛 흡수력, 그리고 낮은 공정단가 등 많은 장점을 가지고 있기 때문에 플렉서블 전자기기의 에너지 공급원으로 응용될 수 있는 가능성이 높다.

유기태양전지는 빛 에너지를 흡수해 이를 전기 에너지로 변환시켜 줄 수 있는 광 활성층을 포함하고 있는데 이러한 광 활성층은 전자 주개 물질과 전자 받개 물질로 이루어져 있다.

풀러렌을 대신하는 전도성 고분자 도입을 통한 유기태양전지의 효율 및 기계적 안정성 향상 개략도

현재 청정하고 안전한 신재생에너지가 미래 에너지 문제를 해결할 수 대안임에도 불구하고 에너지 자원 기여도가 매우 낮은 이유는 고가․저효율에 기인한 낮은 경제성 때문이다.

기존 기술의 연장선상에서는 획기적인 고효율, 저가 신재생에너지 원천기술을 확보할 수 없으므로 이를 극복할 수 있는 패러다임 전환용 신기술 개발이 필요한 시점이다.

국내 연구진이 플렉서블 디스플레이 및 스마트 안경 등 차세대 플렉서블·웨어러블 전자기기의 에너지원으로 각광받고 있는 유기태양전지의 상용화 가능성을 한층 높였다.

유기태양전지는 무기물이 아닌 유기(탄소화합물) 재료를 주원료로 사용하는 태양전지다.

기존 유기태양전지에 사용되는 풀러렌을 고분자로 대체해 기존보다 신축성은 60배 이상, 내구성은 470배 이상 향상시킨 것이다.

차세대 플렉서블·웨어러블 전자기기의 구동 에너지원은 반드시 유연하며 휴대가 가능해야 하는데, 유기태양전지는 가볍고 유연한 유기물 박막을 기반으로 하기 때문에 기존 무기태양전지에 비해 유연하고 가벼우며, 우수한 빛 흡수력과 낮은 공정단가 등 많은 장점을 가지고 있어 주목을 받고 있다.

하지만, 기존 유기태양전지는 효율은 높지만 그 안에 포함된 풀러렌의 취성(잘 깨지는 성질) 때문에 플렉서블 소자에 사용하기에는 내구성이 부족해 상용화에 어려움을 겪고 있었다.

이에 반해 유기태양전지에 풀러렌 대신 고분자를 사용하면 고분자의 유연함과 고분자 사슬 사이의 얽힘 효과에 의해 높은 효율을 유지하면서도 내구성을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 예상돼 왔다.

글로벌프런티어 멀티스케일에너지시스템연구단의 김범준 교수팀과 김택수 교수팀은 풀러렌 대신 ‘N형 전도성 고분자’라는 물질을 사용해기존 풀러렌 기반 유기태양전지보다 훨씬 뛰어난 내구성을 가지면서도 동시에 높은 효율로 전력을 생산할 수 있음을 최초로 규명했다.

‘N형 전도성 고분자’를 사용한 유기태양전지는 풀러렌을 사용한 유기태양전지보다 60배 이상 향상된 연신율과 470배 이상 향상된 인성을 보였으며, 효율 또한 6.64%로 상용화에 근접한 수치를 보였다.

이 과정에서 김범준 교수팀은 새로운 고효율 고분자 태양전지 시스템 개발을, 김택수 교수팀은 개발된 고분자 태양전지의 기계적 특성 분석을 담당해 협동 연구를 수행했으며, 앞으로도 연구진은 최종적으로 플렉서블 태양전지의 상용화라는 공동의 목표를 가지고 협업해서 기술을 완성시켜 나갈 것이다.

김범준 교수는 “이번 연구를 통해서 고분자 태양전지가 높은 효율뿐만 아니라 소자의 기계적 특성을 획기적으로 향상시킬 수 있음을 확인 했으며, 이를 필요로 하는 다양한 부착형, 휴대용 소자 구현을 앞당겨 산업계로 큰 파급효과가 있을 것으로 예상한다”고 말했다.

한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 김범준 교수와 기계공학과 김택수 교수가 주도하고 김태수 박사과정 연구원(제1저자)등이 수행한 이번 연구는 미래창조과학부 글로벌프론티어 멀티스케일에너지시스템연구단, 중견연구자지원사업, KAIST 기후변화연구허브 사업의 지원으로 진행 됐고, 연구결과는 세계적 학술지인 네이처 커뮤니케이션즈 (Nature Communications) 10월 9일자(온라인)에 게재됐다.