[사진 1] (좌측부터) 장용찬 학생, 이원호 교수(이하 국립금오공대), 이창연 교수(중앙대), 손현수 학생(경상국립대), 이태경 교수(경상국립대)

고분자공학과 이원호 교수 연구팀이 중앙대학교 이창연 교수 및 경상국립대학교 이태경 교수 연구팀과 공동연구를 통해 ‘고분자 기반 유기 태양전지의 열 안정성을 획기적으로 개선한 연구 성과’를 발표했다. 이번 연구는 고온의 가혹한 조건에서도 매우 안정적인 특성을 나타내어 ‘유기 태양전지의 상용화 가능성’을 크게 높였다는 평가를 받고 있다.

유기 태양전지는 유기화합물을 사용해 태양빛을 전기로 변환하는 것으로 가볍고 유연하며 저렴하지만, 온도변화에 민감해 고온에 장기간 노출될 경우 성능이 크게 떨어지는 단점이 있다. 이에 연구팀은 아주 간단한 열처리 공정을 통해 유기 태양전지 상부 전극의 확산을 억제하여 열 안정성을 크게 개선했다고 밝혔다. 

연구에 따르면, 열처리 과정이 고분자 전도층의 밀도를 증가시켜 고온의 스트레스에서도 전극 확산을 방지하고 장기적으로도 안정성이 유지되는 효과를 확인했다. 이번 연구에서는 100℃ 에서 1,000시간 동안의 열처리 과정에도 90%의 초기 효율을 유지하는 성과를 달성했다. 이는 현재까지 보고된 유사한 형태의 광활성층을 사용한 유기 태양전지 중 가장 높은 열 안정성을 유지한 기록 중 하나로 평가된다.

[사진 2] 간단한 열처리를 통해 고안정성을 구현한 유기태양전지 이미지

관련 연구의 논문 제목은 ‘Preventing electrode penetration and burn-in degradation in non-fullerene organic solar cells via pre-annealing: Insights from experimental and computational studies(비풀러렌 유기태양전지의 열처리를 통한 전극 침투 억제 및 안정성 향상 연구)’로 화학공학 분야의 저명 국제 학술지 Chemical Engineering Journal(JCR 상위 3.2%, IF 13.3)에 10월 28일자로 게재됐으며, 유기 태양전지의 내구성 문제를 해결할 수 있는 중요한 방법을 제안한 연구로 주목받고 있다.

공동 제1저자로 참여한 장용찬 석사과정 학생은 “이번 연구가 유기 태양전지의 상용화에 중요한 발판이 될 것이라 기대한다.”며, “앞으로도 유기 전자재료의 안정성을 높일 수 있는 다양한 방법을 모색할 계획”이라고 밝혔다.

이번 연구를 주도한 이원호 교수는 “유기 태양전지의 열 안정성 개선 기술은 고효율 친환경 에너지 생산을 위한 핵심 기술”이라며, “본 연구가 차세대 태양광 발전 분야에서 큰 기여를 할 수 있을 것이라 기대한다.”고 말했다.

본 연구는 BK21 프로그램, 교육부 지자체-대학 협력기반 지역혁신 사업, 중앙대 사업 지원을 받아 수행됐다.