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우리대학 강재욱 교수(유연인쇄전자전문대학원)가 비용은 저렴하면서 효율이 높은 유기태양전지 제작기술을 개발, 국제 학계가 주목하고 있다.
강 교수는 재료연구소 송명관·김동호 박사팀과 LG디스플레이 박종현 박사팀과 함께 고효율 및 고유연 나노와이어 기반 유기태양전지를 개발했다고 23일 밝혔다.
이 연구 결과는 재료분야에서 세계적으로 저명한 저널인 『어드밴스트 평셔널 머터리얼스(Advanced Functional Materials)』 최신호에 「Highly Efficient and Bendable Organic Solar Cells with Solution-Processed Silver Nanowire Electrodes」라는 논문으로 표지에 게재됐다.
그동안의 유기태양전지는 투명전극 재료인 인듐주석산화물(indium tin oxide, ITO)을 사용해 왔으나 재료 가격이 고가인 데다 유연하지 못하고 충분한 전도성을 가지지 못하는 단점이 있어 저가로 생산하기에는 매우 어려웠다.
강 교수팀은 이러한 제한적 요소를 해소하고자 투명전극 재료에 대한 활발한 연구 끝에 ‘은나노와이어’를 유기태양전지의 주재료로 삼았다. 은나노와이어는 용액 공정으로 쉽게 코팅할 수 있고 매우 우수한 전기적·기계적 특성을 갖는 반면 와이어와 와이어간의 빈 공간 때문에 원활한 전하를 수집하지 못하는 기술적 어려움도 동시에 지니고 있었다.
강 교수팀은 이 같은 한계점들을 해결하기 위해 은나노와이어의 와이어와 와이어간 빈 공간에 전도성 폴리머 층을 도입해 전하를 원활하게 수집하지 못했던 은나노와이어의 단점을 극복해냈다.
실제 실험에서 기존 은나노와이어 기반 유기태양전지가 낮은 효율을 보였지만 강 교수팀이 개발한 방법에 의해서는 2배가량의 높은 효율을 보였다. 그동안 실험을 통해 은나노와이어 기반 유기태양전지가 고효율화된 사례는 이번이 처음이어서 더욱 주목을 받는 대목이다.
특히 이 기술을 통해 저가의 유기태양전지를 제작할 수 있을 뿐만 아니라 스마트폰 등에 탑재되는 터치 패널에도 적용될 수 있는 원천기술로 평가되고 있다.
강재욱 교수는 “태양전지 및 차세대 디스플레이의 핵심 투명전극 재료인 인듐 주석 산화물을 대체하기 위해서는 새로운 소재발굴이나 소자 집적화 기술 개발이 필요하다”며 “이 기술은 유기태양전지 뿐만 아니라 다양한 플렉시블 디스플레이 및 유기발광다이오드(OLED), 트랜지스터 등 다양한 전자기기에 적용이 가능하며 특히 인쇄공정을 통하여 초저가의 전자기기 개발이 가능할 것으로 기대된다”고 연구의의를 밝혔다.
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