[위즈뉴스] 국내 연구진이 잡아당겨 늘려도 작동할 수 있는 스트레쳐블 태양전지를 구현했다. 

KAIST(총장 이광형)는 26일, 생명화학공학과 김범준 교수 연구팀이 높은 전기적 성능과 신축성을 동시에 갖는 새로운 형태의 전도성 고분자 물질을 개발해 세계 최고 성능의 스트레처블 유기태양전지를 구현했다고 밝혔다. 이번 연구는 KAIST 기계공학과 김택수 교수 연구팀과 생명화학공학과 리섕 교수 연구팀과 공동으로 진행됐다.

이번 연구 결과를 담은 논문은 에너지 분야의 SCI급 저명 국제학술지 '줄(Joule, IF=39.8)' 12월 1일자에 게재됐다.

논문명은 'Rigid and Soft Block-Copolymerized Conjugated Polymers Enable High-Performance Intrinsically-Stretchable Organic Solar Cells'이며, 김범준 교수가 교신저자로, 이진우 연구원과 이흥구 연구원이 공동 제1저자로 참여했다.

"스트레쳐블 유기 태양전지, 자유 형상 및 신축성을 요구하는 다양한 전자소자에 응용 가능" 

연구팀의 김범준 교수는 "이번 연구를 통해 세계 최고 성능의 스트레쳐블 유기 태양전지를 개발했다"며 "뿐만 아니라 새로운 개념의 고분자 소재 개발을 통해 자유 형상 및 신축성을 요구하는 다양한 전자소자에 응용가능한 소재 원천 기술을 개발했다는 것에 큰 의의가 있다ˮ고 말했다.

웨어러블 전자소자의 시장 규모가 급격히 커지며 에너지 공급원으로서 잡아당겨 늘려도 작동할 수 있는 스트레쳐블 태양전지가 각광 받고 있다.

이러한 태양전지를 구현하기 위해서는 빛을 전기로 전환하는 광활성층의 높은 전기적 성능과 기계적 신축성 확보가 필수적인데, 이 두 가지 특성은 서로 상충관계를 가지고 있어서 스트레쳐블 태양전지의 구현은 매우 어려운 문제였다.

이러한 가운데 연구팀은 높은 전기적 성능과 신축성을 동시에 갖는 새로운 형태의 전도성 고분자 물질을 개발해 세계 최고 성능의 스트레처블 유기 태양전지를 구현했다

유기 태양전지(organic solar cells)는 빛을 받아 전기를 생산하는 광 활성층이 유기물로 구성되는 전자소자로, 기존 무기 재료 기반 태양전지에 비해 가볍고 유연하다는 장점이 있어 몸에 착용할 수 있는 웨어러블 전자소자에 사용 가능하다.

특히, 태양전지는 이러한 전자소자의 전력을 공급하는 필수적인 소자이지만, 기존 고효율 태양전지는 신축성을 가지기 어려워서 웨어러블 소자로 거의 구현된 바가 없다.

연구팀은 높은 전기적 성질을 가지는 전도성 고분자에 고무처럼 늘어나는 고신축성 고분자를 화학 결합을 통해 연결하여, 높은 전기적 성능과 기계적 신축성을 동시에 가지는 새로운 형태의 전도성 고분자를 개발했다.

개발된 고분자는 현재 세계 최고 수준의 광전변환효율 (19%)을 가지는 유기태양전지를 구현하면서도, 기존 소자들에 비해 10배 이상 높은 신축성을 달성했다.

이를 통해 40% 이상 잡아당겨도 작동하는 세계 최고성능의 스트레처블 태양전지를 구현하였으며, 이를 통해 사람이 착용가능한 태양전지의 응용 가능성을 증명했다.

이번 연구는 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.

정 현 기자 다른기사 보기