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고려대-이화여대 교수 연구팀, ‘고효율 유기태양전지’ 개발
2016.11.25 10:23
고려대는 주병권 고려대 교수팀이 김동하 이화여대 교수팀과 함께 나노사이즈의 은 나노닷을 유기태양전지에 적용함으로써 광전변환 효율(빛에너지를 전기에너지로 변화시키는 효율)을 대폭 향상시킨 고효율 유기태양전지를 개발했다고 21일(월) 밝혔다. 이번 연구 성과는 나노분야 세계최고 권위의 학술지 중 하나인 ‘ACS Nano’ 11월 3일자에 게재됐다.
유기태양전지란 유기 반도체를 광 활성층(빛을 받아들이는 부분)으로 하는 태양 전지로 저렴한 비용, 간단한 제조과정, 유연성 등의 이점 때문에 차세대 태양전지로 각광받고 있다. 하지만 빛을 흡수할 수 있는 층이 매우 얇기 때문에 광전변환 효율이 낮아 상용화에 어려움이 많다.
이에 연구팀은 은 나노닷의 플라즈모닉(금속 내의 자유전자가 집단적으로 진동하며 강한 전기장을 생성하는 현상) 효과를 활용해 유기태양전지 효율을 향상시켰다. 은 나노닷의 공명파장과 유기태양전지 내 광 활성층의 흡수파장이 일치하도록 디자인해 광 활성층의 빛 흡수를 극대화한 것.
이번에 개발된 고효율 유기태양전지는 전류밀도 및 광전변환효율이 기존의 ITO 전극(전기 전도성을 가진 투명도전막)에 비해 30% 이상 증가했다. 전류밀도는 빛을 받아 양 전극으로 이동하는 전하량과 비례하며 이 값이 크면 효율이 높은 태양전지를 제작할 수 있다.
주병권 고려대 교수는 “이번에 개발한 은 나노닷 제작 방식은 유기발광다이오드(OLED) 등과 같은 광학 어플리케이션에서도 적용 가능할 것”이라고 말했다. 김동하 이화여대 교수는 “이번 연구결과는 플라즈모닉 현상이 유기태양전지에 미치는 세 가지 메커니즘을 규명한 논문”이라며 “향후 플라즈모닉 기반 유기 전자소자의 메커니즘을 규명하는데 중요한 역할을 할 것”이라고 연구의 의의를 밝혔다.
한편, 이번 연구는 산업기술평가관리원(산업통상자원부)에서 지원한 산업기술혁신사업과 한국연구재단(미래창조과학부)에서 지원한 중견연구자 지원사업 등의 지원으로 진행됐다.
유기태양전지란 유기 반도체를 광 활성층(빛을 받아들이는 부분)으로 하는 태양 전지로 저렴한 비용, 간단한 제조과정, 유연성 등의 이점 때문에 차세대 태양전지로 각광받고 있다. 하지만 빛을 흡수할 수 있는 층이 매우 얇기 때문에 광전변환 효율이 낮아 상용화에 어려움이 많다.
이에 연구팀은 은 나노닷의 플라즈모닉(금속 내의 자유전자가 집단적으로 진동하며 강한 전기장을 생성하는 현상) 효과를 활용해 유기태양전지 효율을 향상시켰다. 은 나노닷의 공명파장과 유기태양전지 내 광 활성층의 흡수파장이 일치하도록 디자인해 광 활성층의 빛 흡수를 극대화한 것.
이번에 개발된 고효율 유기태양전지는 전류밀도 및 광전변환효율이 기존의 ITO 전극(전기 전도성을 가진 투명도전막)에 비해 30% 이상 증가했다. 전류밀도는 빛을 받아 양 전극으로 이동하는 전하량과 비례하며 이 값이 크면 효율이 높은 태양전지를 제작할 수 있다.
주병권 고려대 교수는 “이번에 개발한 은 나노닷 제작 방식은 유기발광다이오드(OLED) 등과 같은 광학 어플리케이션에서도 적용 가능할 것”이라고 말했다. 김동하 이화여대 교수는 “이번 연구결과는 플라즈모닉 현상이 유기태양전지에 미치는 세 가지 메커니즘을 규명한 논문”이라며 “향후 플라즈모닉 기반 유기 전자소자의 메커니즘을 규명하는데 중요한 역할을 할 것”이라고 연구의 의의를 밝혔다.
한편, 이번 연구는 산업기술평가관리원(산업통상자원부)에서 지원한 산업기술혁신사업과 한국연구재단(미래창조과학부)에서 지원한 중견연구자 지원사업 등의 지원으로 진행됐다.
▶에듀동아 이경은 인턴기자 edudonga1@donga.com
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