유기태양전지는 유기 반도체를 이용해 태양광을 전기에너지로 변환하는 차세대 광전 소자로, 가볍고 유연하며 대면적 인쇄 공정이 가능하다는 장점이 있다. 그러나 장시간 빛과 열에 노출될 경우 소자 성능이 급격히 저하되는 열화 현상으로 인해 상용화에 한계가 있다는 점이 지속적인 과제로 지적돼 왔다.
김기환 교수 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 특정 유기 전자수송층 물질을 선택적으로 적용하는 새로운 계면 엔지니어링 전략을 제시했다. 연구팀은 전자수송층과 광활성층 사이의 분자 간 상호작용을 정밀하게 제어함으로써 계면 안정성을 크게 향상시켰으며, 그 결과 100℃의 고온 환경에서도 유기태양전지의 발전 효율이 15% 이상 유지되는 성과를 달성했다.
김기환 교수는 "이번 연구는 전자수송층 재료 선택 시 분자 간 상호작용을 적극적으로 활용해 유기태양전지의 열적 내구성과 성능을 동시에 향상시킬 수 있음을 입증했다는 점에서 의미가 크다"며, "향후 유기태양전지의 상용화를 앞당길 수 있는 핵심 기반 기술로 발전하길 기대한다"고 밝혔다.
이번 연구 성과는 '선택적 유기 전자수송층을 통한 유기태양전지의 열 안정성 및 효율 향상(Enhanced Thermal Durability and Efficiency of Organic Solar Cells via Selective Organic Electron Transport Layers)'이라는 제목으로 국제 학술지 Energy & Environmental Materials(IF 14.1, JCR 상위 7.3%)에 1월 6일 온라인 게재됐다.
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부가 지원하는 한국연구재단(NRF)의 G-LAMP 사업과 산업통상자원부가 지원하는 한국에너지기술평가원(KETEP)의 에너지 분야 인력양성사업의 지원을 받아 수행됐다.
