[한국대학신문 이현진 기자] 고려대(총장 염재호)는 주병권 전기전자공학부 교수가 김동하 이화여대 교수 연구팀과 함께 나노사이즈의 은 나노닷을 유기태양전지에 적용함으로써 광전변환 효율(빛에너지를 전기에너지로 변화시키는 효율)을 대폭 향상시킨 고효율 유기태양전지를 개발했다고 21일 밝혔다.

기존 유기태양전지에 도입되는 플라즈모닉 구조체는 불규칙적인 나노입자를 많이 사용했으나 불규칙적인 나노입자는 임의로 분포되는 특성상 제어가 힘들고, 복잡한 공정과정이 요구되는 등의 한계를 갖고 있었다.

이에 연구팀은 기존의 낮은 태양전지 효율을 극복하기 위하여 규칙적(주기적)인 은 나노 닷(나노 사이즈의 요철을 가지는 은 (Ag) 재질의 모양)의 플라즈모닉 구조를 도입한 고효율 유기태양전지를 개발했다.

연구팀은 레이저 간섭 리소그래피 공정법을 사용해 배열이 규칙적이고 공정 오차가 적은 나노 크기의 플라즈모닉 구조체를 제작할 수 있었다. 이렇게 제작된 은 나노닷을 유기태양전지에 도입해 은 나노닷의 공명 파장과 광 활성층(유기태양전지에서 빛을 받아 전자-양공을 생성하는 층)의 흡수파장이 일치하도록 디자인하여 광 활성층의 빛 흡수를 극대화했다.

이렇게 개발된 고효율 유기태양전지는, 전류밀도 및 광전변환효율이 기존의 ITO 전극에 비해 30% 이상 증가했다. 전류밀도는 빛을 받아서 양 전극으로 이동하는 전하량과 비례하며 이 값이 크면 같은 빛의 세기에 대해 효율이 높은 태양전지를 제작 가능하다.

주병권 교수는 “레이저 간섭 리소그래피 기반 플라즈모닉 구조체의 공정 방법은 유기태양전지 뿐만 아니라, 유기발광다이오드 (OLED) 등과 같은 다양한 광학 어플리케이션에서 적용 가능할 것”이라고 연구의 의의를 밝혔다.

김동하 이화여대 교수도 “플라즈모닉 현상이 유기태양전지에 미치는 세 가지 메커니즘을 규명한 논문”이며 “향후 플라즈모닉 기반 유기 전자소자의 메커니즘을 규명하는데 중요한 역할을 할 것”이라고 말했다.

산업기술평가관리원(산업통상자원부)에서 지원한 산업기술혁신사업과 한국연구재단(미래창조과학부)에서 지원한 중견연구자 지원사업 등의 지원을 통해 거둔 이번 연구 성과는 나노분야 가장 권위 있는 국제 학술지 중 하나인 ‘ACS Nano’에 11월 3일자로 게재됐다.