신축성과 전기적 성질 우수한 고효율 유기 태양전지 개발

연구재단, KAIST-경상국립대 연구팀 'PYFS-RRg' 활용

웨어러블 전자 소자 상시 전력 공급 기대

[대전=뉴시스] 유연 링커가 도입된 고분자 전자 받개 및 해당 소재가 사용된 완전 신축형 유기 태양전지 성능. *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 신축성과 전기적 성질이 우수한 고분자를 개발해 다양한 웨어러블 전자기기에 활용 가능한 '고효율 스트레쳐블 유기 태양전지' 구현에 성공했다.

한국연구재단은 KAIST 김범준 교수와 경상국립대학교 김윤희 교수 연구팀이 '고성능 신규 고분자 전자 받개' 소재를 개발해 이를 활용, 여러 방향으로 자유롭게 늘어나는 고효율 스트레쳐블 유기 태양전지를 제작했다고 13일 밝혔다.
 
 웨어러블 전자소자의 전원공급장치는 휴대용 태양전지 사용이 필수적이며 사용되는 태양전지는 높은 광전변환 효율과 함께 다양한 신체 움직임으로 잡아당기거나 늘어나는 인장성능을 유지할 수 있는 내구성이 요구된다. 
 
하지만 유기 태양전지를 구성하는 기존 광활성 고분자물질은 높은 광전효율을 위해 다중 접합 고리(fused ring) 형태의 주쇄(사슬)를 채용, 태양전지 광활성층의 신축성을 낮춰 인장에 대한 기계적 내구성이 크게 저하된다.

이번에 공동 연구팀은 고분자 물질 내에서 기계적 스프링 역할을 하는 '유연 링커'를 도입해 스프링처럼 높은 기계적 특성을 갖는 신규 고분자 전자 받개 물질 'PYFS-RRg'을 개발했다.

이어 PYFS-RRg를 통해 최고 수준의 광전변환효율 및 잡아당겨도 높은 신축성을 띄는 고분자 유기태양전지를 만들어 고성능·고신축성 고분자 태양전지 구현, 웨어러블하게 구동하는데 성공했다.

기계적 스프링 역할을 하는 유연 링커가 도입돼 스프링처럼 매우 높은 기계적 특성을 갖는 신규 고분자 물질로 최고수준의 광전변환효율(16.1%) 및 잡아당겨도 높은 성능(37% 신축성)이 확인됐다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단 지원으로 수행된 이번 연구 결과는 국제학술지 '에너지 환경 과학(Energy & Environmental Science)'에 지난 9월 16일 게재됐다.(논문명:Sequentially-Regular Polymer Acceptors Featuring Flexible Spacers for High-Performance and Mechanically-Robust All-Polymer Solar Cells)
 
김범준 교수는 "이번 연구는 차세대 웨어러블 전자 기기에 필수적인 전력 공급원인 고성능 소재고유형 신축태양전지를 개발했다는 것에 큰 의의가 있다"고 말했고 김윤희 교수는 "기존에 구현키 어려웠던 높은 기계·전기적 특성을 동시에 갖는 고분자 구조개발에 대한 새로운 개념을 제시한 것"이라고 강조했다.


◎공감언론 뉴시스 [email protected]