신축성 있는 ‘고분자 유기 태양전지’ 구현에 성공 웨어러블 전자 소자 상시 전력 공급 등 응용 기대 국내 연구진이 웨어러블 전자기기에 활용 가능한 ‘고효율 스트레쳐블 유기 태양전지’ 구현에 성공했다. 한국연구재단은 김범준 교수(한국과학기술원, 제1저자 이진우 박사과정)와 김윤희 교수(경상국립대학교, 공동 제1저자 순청 박사) 공동 연구팀이 고성능 신규 고분자 전자 받개 소재를 개발했다고 13일 밝혔다.또한 이를 이용해 여러 방향으로 자유롭게 늘어나는 고효율 스트레쳐블 유기 태양전지를 제작했다고 전했다. 웨어러블 전자소자의 전원공급장치는 휴대용 태양전지 사용이 필수적이다. 이때 사용하는 태양전지는 높은 광전 변환 효율과 함께 다양한 신체 움직임으로 발생하는 잡아당김과 늘어남 같은 인장에도 성능을 유지할 수 있는 내구성이 필요하다.하지만 유기 태양전지를 구성하는 기존의 광활성 고분자 물질은 높은 광전효율을 위해 다중 접합 고리(fused ring) 형태의 주쇄를 채용했다.이에 따라 딱딱하고 경직된 분자 구조가 유기 태양전지 광활성층의 신축성을 낮춰 인장에 대한 기계적 내구성이 크게 낮아졌다.연구팀은 이 같은 한계를 극복하기 위해 고분자 물질 내에서 기계적 스프링 역할을 하는 ‘유연 링커’를 도입했다. 이를 통해 스프링처럼 높은 기계적 특성을 갖는 신규 고분자 전자 받개 물질 ‘PYFS-RRg’을 개발한 것.더불어 ‘PYFS-RRg’를 통해 광전변환효율 및 잡아당겨도 신축성을 갖는 고분자 유기 태양전지를 개발했다. 또한 연구팀은 개발물질이 인체유해도가 낮은 용매를 사용해서 웨어러블 소자 사용에 적합하다고 했다.

신축성 있는 ‘고분자 유기 태양전지’ 구현에 성공

웨어러블 전자 소자 상시 전력 공급 등 응용 기대

기사입력 2022-12-14 11:15:08

[산업일보]
국내 연구진이 웨어러블 전자기기에 활용 가능한 ‘고효율 스트레쳐블 유기 태양전지’ 구현에 성공했다.

한국연구재단은 김범준 교수(한국과학기술원, 제1저자 이진우 박사과정)와 김윤희 교수(경상국립대학교, 공동 제1저자 순청 박사) 공동 연구팀이 고성능 신규 고분자 전자 받개 소재를 개발했다고 13일 밝혔다.

또한 이를 이용해 여러 방향으로 자유롭게 늘어나는 고효율 스트레쳐블 유기 태양전지를 제작했다고 전했다.

유연 링커가 도입된 고분자 전자 받개 및 해당 소재가 사용된 완전 신축형 유기 태양전지의 성능
(그림 제공 및 설명 : 한국과학기술원 김범준 교수)

웨어러블 전자소자의 전원공급장치는 휴대용 태양전지 사용이 필수적이다. 이때 사용하는 태양전지는 높은 광전 변환 효율과 함께 다양한 신체 움직임으로 발생하는 잡아당김과 늘어남 같은 인장에도 성능을 유지할 수 있는 내구성이 필요하다.

하지만 유기 태양전지를 구성하는 기존의 광활성 고분자 물질은 높은 광전효율을 위해 다중 접합 고리(fused ring) 형태의 주쇄를 채용했다.

이에 따라 딱딱하고 경직된 분자 구조가 유기 태양전지 광활성층의 신축성을 낮춰 인장에 대한 기계적 내구성이 크게 낮아졌다.

연구팀은 이 같은 한계를 극복하기 위해 고분자 물질 내에서 기계적 스프링 역할을 하는 ‘유연 링커’를 도입했다. 이를 통해 스프링처럼 높은 기계적 특성을 갖는 신규 고분자 전자 받개 물질 ‘PYFS-RRg’을 개발한 것.

더불어 ‘PYFS-RRg’를 통해 광전변환효율 및 잡아당겨도 신축성을 갖는 고분자 유기 태양전지를 개발했다. 또한 연구팀은 개발물질이 인체유해도가 낮은 용매를 사용해서 웨어러블 소자 사용에 적합하다고 했다.