남민우 교수, 고성능 실내용 유기태양전지 개발

상지대학교(총장 홍석우) 반도체·에너지공학과 남민우 교수팀의 논문 ‘Over 30% efficient indoor organic photovoltaics enabled by morphological modification using two compatible non-fullerene acceptors’이 세계적 학술지에 게재됐다.

▲상지대학교 반도체·에너지공학과 남민우 교수. ⓒ상지대

유기태양전지는 실내조명과 같은 낮은 세기의 빛 에너지로부터 전력을 생산하고 이를 실내 전자 장치에 공급하는 실내용 에너지원으로 주목받고 있다.

하지만 높은 전력 변환 효율의 달성을 위해 유기태양전지의 광활성층 내부에서 발생하는 양전하와 음전하의 재결합 손실을 방지하는 것이 해결해야 할 과제로 남아있다.

상지대 남민우 교수와 성균관대 화학과 고두현 교수 공동 연구팀은 비슷한 용해도를 갖는 두 비풀러렌 전자 수용체(non-fullerene electron acceptor)를 혼합하는 방법을 통해 광활성층의 모폴로지(morphology)를 분자 단위로 정밀하게 제어하고 전하의 재결합 손실을 억제했다.

이는 전력 변환 효율의 증가와 동시에 장기간의 수명 향상에도 효과적인 것으로 나타났다.

특히, 연구팀은 본 기술을 통해 실내 조명 환경에서 30.11%의 높은 전력 변환 효율을 보이는 유기태양전지를 시연했으며, 이는 현재까지 보고된 가장 높은 값으로 기록됐다.

남 교수는 9일 “본 연구는 고효율 유기태양전지 개발을 위한 중요한 열쇠인 광활성층 모폴로지의 역할을 규명하고 최적화를 위한 방향을 제시한다는 점에서 의의가 높다”고 밝혔다.

개발된 고성능 유기태양전지는 실내 사물 인터넷 및 웨어러블 전자 소자 분야에 활용될 것으로 기대를 모으고 있다.

연구는 한국연구재단 과학기술분야 기초연구사업 등의 지원을 받아 수행됐으며, 해당 연구 결과는 국제 저명 학술지인 Advanced Energy Materials (IF = 29.368)에 게재됐다.