물로 만드는 친환경 유기 태양전지 개발

KAIST-고려대 공동연구팀, 성과
물-에탄올 혼합 용매에서 용해도 130배 향상
인체와 환경 친화적인 공정 기술 개발 중요

물로 만드는 친환경 유기 태양전지가 개발됐다.

한국연구재단(이사장 노정혜)은 KAIST 김범준 교수와 우한영 고려대 교수 연구팀이 물 기반 친환경 고성능 유기 태양전지 및 유기 트랜지스터를 개발했다고 밝혔다.

유기 태양전지, 유기 트랜지스터와 같은 유기 전자소자는 유연하고 가벼운 특성, 값싼 인쇄공정의 장점이 있다. 그러나 소재의 소수성으로 인해 주로 클로로포름, 톨루엔 등의 매우 유해한 유기용매를 사용해야 제작할 수 있었다. 그 유독성으로 인해 실제 상업화 공정에 적용될 수 없었다.

최근 연구된 친수성의 고성능 전도성 소재들도 용해도가 매우 낮아 공정이 어렵거나, 용해되더라도 소자 성능이 현저히 낮은 한계가 있었다.

연구팀은 물과 에탄올로 구성된 혼합용액에 잘 녹는 친수성 고성능 전도성 유기 소재를 개발했다.

이를 기반으로 수용액 공정에서 유기 태양전지와 유기 트랜지스터를 개발했을 때 높은 광전변환 효율과 전하 이동도를 지니고 있었고, 뿐만 아니라 우수한 대기 안정성도 확인됐다.

개발된 소재는 올리고에틸렌글리콜 곁사슬을 포함한다. 연구팀은 이 소재가 순수한 물이나 순수한 에탄올에서 거의 녹지 않지만, 시중에 파는 술과 같은 물-에탄올 혼합 용매에서 용해도가 130배가 향상되는 점에 착안했다.

특히 이 연구는 전 공정에 걸쳐 유독한 유기 용매를 전혀 사용하지 않았다. 박막 공정에서 필요한 유해물질 차단 장비가 불필요한 작업자 친화적으로 소자 제작이 가능해졌다는 점이 주목할 만하다.

김범준 교수는 “이 연구는 지속가능한, 인체·환경 친화적인 공정 기술의 개발이라는 측면에서 매우 중요한 일”이라며 “앞으로 유기전자소자 제작의 패러다임을 바꾸고, 기술의 실제 상용화를 크게 앞당길 것으로 기대한다”고 연구 의의를 설명했다.
이해미 기자 ham7239@