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
국내 연구진이 플렉서블 디스플레이 및 스마트 안경 등 차세대 플렉서블·웨어러블 전자기기의 에너지원으로 각광받고 있는 유기태양전지의 상용화 가능성을 한층 높였다. 글로벌프런티어 멀티스케일 에너지시스템연구단의 김범준 교수팀과 김택수 교수팀은 풀러렌 대신 N형 전도성 고분자라는 물질을 사용하여 기존 풀러렌 기반 유기태양전지보다 훨씬 뛰어난 내구성을 가지면서도 동시에 높은 효율로 전력을 생산할 수 있음을 최초로 규명했다. 기존 유기태양전지에 사용되는 풀러렌을 고분자로 대체하여 기존보다 신축성은 60배 이상, 내구성은 470배 이상 향상시킨 것이다. 유기태양전지는 무기물이 아닌 유기(탄소화합물) 재료를 주원료로 사용하는 태양전지이다. 차세대 플렉서블·웨어러블 전자기기의 구동 에너지원은 반드시 유연하며 휴대가 가능해야 하는데, 유기태양전지는 가볍고 유연한 유기물 박막을 기반으로 하기 때문에 기존 무기태양전지에 비해 유연하며 가볍다. 또한 우수한 빛 흡수력과 낮은 공정단가 등 많은 장점을 가지고 있어 주목을 받고 있다. 유기태양전지에 풀러렌 대신 고분자를 사용하면 고분자의 유연함과 고분자 사슬 사이의 얽힘 효과에 의해 높은 효율을 유지하면서도 내
국내 연구진이 기능화된 탄소기반 양자점 단일층을 효과적으로 도입하여 유기태양전지의 안정성 및 광전 변환 효 율을 획기적으로 개선한 태양전지를 개발했다. 태양전지의 전기적인 성능과 다기능한 역할의 효율이 기존보다 약 17.8%이상 증가한 것. 연구진에 따르면, 광 에 너지 전환 효율(Power Conversion Efficiency : PEC)은 최대 10.3%의 효율을 얻었고, 안정성도 개선됐다. 유기태양전지는, 주로 생산되고 있는 실리콘계 태양전지에 비해 가공이 쉽고 재료가 다양하며 가격 또한 저렴해 경제성이 높다. 그러나 상대적으로 빛을 전기로 바꾸는 광전 변환 효율이 낮고 오래 사용할 경우 안정성이 떨어져 상용화에 어려움이 있었다. 이를 해결하기 위해 한국과학기술연구원(KIST) 전북분원 양자응용복합소재센터의 손동익 박사 연구팀은 유기태 양전지의 표면 개질 고분자 층(PEIE) 표면 위에 ‘기능화된 산화아연-그래핀 양자점’을 수 나노미터 두께인 단일층 으로 처리하여 유무기 하이브리드 구조의 유기태양전지를 개발했다. 개발된 ‘기능화된 산화아연-그래핀 양자점 단일층’은 단순한 용액공정을 통하여 쉽고 빠르게 형성할
국내 연구진이 플렉서블 디스플레이 및 스마트 안경 등 차세대 플렉서블‧웨어러블 전자기기의 에너지원으로 각광받고 있는 유기태양전지의 상용화 가능성을 한층 높였다. 글로벌프런티어 멀티스케일 에너지시스템연구단의 김범준 교수팀과 김택수 교수팀은 풀러렌 대신 N형 전도성 고분자라는 물질을 사용하여 기존 풀러렌 기반 유기태양전지보다 훨씬 뛰어난 내구성을 가지면서도 동시에 높은 효율로 전력을 생산할 수 있음을 최초로 규명했다. 기존 유기태양전지에 사용되는 풀러렌을 고분자로 대체하여 기존보다 신축성은 60배 이상, 내구성은 470배 이상 향상시킨 것이다. 유기태양전지는 무기물이 아닌 유기(탄소화합물) 재료를 주원료로 사용하는 태양전지이다. 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 잘 깨지는 성질인 취성 때문에 플렉서블 소자에 사용하기에는 내구성