포스텍 교수팀, 非풀러렌계 유기반도체 신소재 개발

▲ 포스텍은 이 대학 화학공학과 조길원 교수(사진 왼쪽부터)와 이재원 박사, 랜비어 박사 연구팀이 ‘풀러렌’ 유도체를 대체할 수 있는 새로운 유기반도체 단분자 물질을 개발했다고 1일 밝혔다. <사진=포스텍 제공>

[한국대학신문 이우희 기자] 우리 기술진이 식물이 광합성을 하듯 태양에서 전기를 만들어내는 종이처럼 가볍고 구부릴 수 있는 차세대 에너지 소자 ‘유기태양전지’ 상용화에 한 걸음 더 다가섰다.

포스텍은 이 대학 화학공학과 조길원 교수와 이재원 박사, 랜비어(Ranbir) 박사 연구팀이 ‘풀러렌’ 유도체를 대체할 수 있는 새로운 유기반도체 단분자 물질을 개발했다고 1일 밝혔다.

공을 닮은 물질인 ‘풀러렌’을 이용한 태양전지는 생산 단가가 높고 공기 노출에 쉽게 변질되는 등 단점이 많았다.

이번 포스텍 연구진의 성과는 재료분야 권위지인 ‘어드밴스드 머터리얼스(Advanced Materials)’ 최신호 표지논문으로 발표됐다. 새로운 유기반도체 단분자는 3차원 입체구조가 빛흡수율이나 전하이동도를 높여 유기태양전지의 성능을 향상시키고 특히 인쇄공정에 최적화됐다.

연구팀은 풀러렌에 비해 값이 싼 페릴렌다이이미드(Perylenediimide)를 활용한 3차원 분자구조체 제작에 성공, 이를 이용해 유기태양전지에 들어가는 반도체를 만들었다. 이 구조체는 풀러렌에 비해 생산비용이 훨씬 저렴하고, 산화안정성도 훨씬 높은 것으로 확인됐다.

또 이 유기반도체의 3차원 입체구조가 전하이동도를 크게 향상시키고, 기존 풀러렌 유도체에 비해 자외선영역에서의 빛흡수도 높여 광전류가 증가한다는 것을 발견하였다. 더욱이 이 단분자는 용매에도 잘 녹아 큰 면적의 유기태양전지를 제조할 때 쓰이는 인쇄공정에도 적합할 것으로 기대된다.

연구를 주도한 조길원 교수는 “이번 연구성과는 우수한 태양전지로 응용할 수 있는 새로운 유기반도체 단분자의 분자설계 기준을 제시한 것”이라며 “이 단분자는 인쇄공정이 가능해 고효율, 저비용 유기태양전지 상용화에 기여할 것으로 전망된다”고 밝혔다.

한편 이번 연구는 미래창조과학부 글로벌프론티어 소프트일렉트로닉스연구단의 지원으로 수행됐다.

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