논문명은 ‘Effect of π-Conjugated Bridges of TPD-based Medium Bandgap Conjugated Copolymers for Efficient Tandem Organic Photovoltaic Cells’.
유기 태양전지는 용액공정으로 생산할 수 있어 경제적이고 가벼운데다 구부릴 수 있어 응용의 폭이 넓다. 하지만 광전변환 효율은 10%대로 실리콘 태양전지에 못 미치는 수준이다.
이에 태양전지를 여러 층으로 적층해 효율을 높이려는 텐덤 유기 태양전지 연구가 활발하나 적층을 위한 열처리에 의해 태양빛이 입사되는 하부 셀의 효율이 급격히 저하되는 문제가 있었다.
연구팀은 고온 열처리 공정으로 인한 효율 감소를 극복할 수 있는 열안정성이 우수한 유기반도체 고분자를 설계, 최고 효율(6.81%)의 하부 셀을 만들어 냈다. 기존 하부 셀에 사용되는 고분자와 풀러렌 유도체의 효율이 5% 수준인데 반해 향상된 것이다.
평면성이 큰 물질(방향족)을 연결고리로 도입, 광활성 고분자의 전하이동도와 결정성을 높이고 고온에서도 안정성을 유지하도록 하부 셀 소재를 설계한 데 따른 것이다.
향후 보다 높은 효율의 상부 셀을 확보할 경우 12% 이상의 광전변환효율을 달성할 수 있을 것으로 내다보고 있다.
황 교수는 “상하부 셀 각각이 다른 파장대의 태양광을 흡수해야 시너지 효과를 내 고효율을 얻을 수 있다”면서 “향후 고효율의 상부 셀만 확보된다면 유기 태양전지의 효율을 무기 태양전지에 가까운 수준으로 향상시킬 수 있을 것”이라고 내다봤다.
