포스텍, 열안정성 높은 유기 태양전지 개발···독성도 제거

식품첨가제 사용한 자외선 가교결합 통해 개발

포스텍-UNIST 공동연구팀 성과

박태호 교수

【포항=뉴시스】강진구 기자 = 포스텍(총장 김무환)은 화학공학과 박태호 교수·통합과정 이준우씨 팀과 울산과기원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 김진영 교수·통합과정 김재원씨 팀이 공동으로 식품첨가제를 사용한 친환경 공정에서 자외선 가교결합을 통해 높은 열안정성을 가진 유기 태양전지를 개발했다고 10일 밝혔다.

'가교결합'이란 분자와 분자간에 공유 결합이나 이온 결합처럼 완전한 화학 결합이 형성된 것을 말한다.

그 동안 유기 태양전지 제조 프로세스는 스핀-코팅 기술과 염소화 용매에 의존했다. 이런 용매들은 독성이 높아 제조 공정에 적용된 후 강에 버려지면 강물을 오염시키거나 야생동물을 죽이는 등 환경에 악영향을 미칠 수 있다는 우려가 있어 왔다.

 연구팀은 제조 과정 중에 발생하는 독성 물질을 제거하기 위해 비대칭구조를 이용해 용해도를 향상시킨 뒤 염소 화합물 대신 식품 첨가제로도 사용되는 2-메틸란니솔을 사용했다. 비독성 용매를 사용했기 때문에 친환경적이고 대량 생산에도 적합하다.

 연구팀은 또 유기 태양전지의 재료인 반도체 고분자(P2FBTT-Br)에 자외선을 쐬어 결합하면 고분자 구조가 고정이 돼 사슬처럼 단단히 묶임으로써 열에 의한 결정화를 억제해 안정성도 확보되는 것을 확인했다.

기존의 유기 태양전지 연구에서 쓰인 풀러렌(탄소원자가 5각형과 6각형으로 이뤄진 축구공 모양으로 연결된 분자를 통틀어 이르는 말) 화합물을 비풀러렌 물질로 치환한 뒤 고분자와의 강한 섞임을 유도해 열에 의한 물질 이동과 엉김도 억제해 안정성을 더욱 강화했다.

그 결과 사막과 같은 극한 조건에서도 열과 빛에 의한 효율 손실을 극적으로 줄일 수 있는 것으로 연구됐다.

이 연구성과는 에너지 분야 권위지인 ‘어드밴스트 에너지 머터리얼스’ 최신호 온라인판에 표지 논문으로 게재됐다.

한국연구재단의 기초연구사업과 과학기술정보통신부 글로벌 프런티어 사업인 ‘나노기반 소프트일렉트로닉스연구단’의 지원을 받은 연구다.

박태호 포스텍 교수는 “유기 태양전지는 가볍고 값이 저렴해 미래 에너지로 주목받고 있지만, 열에 의한 안정성이 낮고 제조 과정에서 사용되는 독성물질 때문에 대량생산이 어려운 단점이 있었다”며 “이번에 자외선 가교 결합과 비풀러렌을 사용하는 친환경적인 공정 개발로 유기 태양전지 상용화는 물론 대량 제조의 길을 연 것으로 평가하고 있다”고 전했다.


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