수중 플라스마 기술로 유기 태양전지 효율 높였다

국가핵융합연구소·경희대, 전자수송용 나노입자 합성기술 개발

국가핵융합연구소 홍용철 책임연구원(왼쪽)과 허진영 학생연구원 [국가핵융합연구소 제공=연합뉴스]

(대전=연합뉴스) 이재림 기자 = 국가핵융합연구소(핵융합연)는 홍용철 플라스마기술연구센터 책임연구원과 허진영 학생연구원 연구팀이 고두현·남민우 경희대 응용화학과 공동 연구팀과 수중 플라스마 기술을 이용한 전자수송용 나노입자 합성기술을 개발했다고 22일 밝혔다.

연구팀은 이 기술을 기반으로 유기 태양전지의 광에너지 전환효율을 기존보다 더 높이는 데 성공했다.

유기 태양전지는 비교적 가벼울 뿐 아니라 대면적·대량 생산이 가능해 차세대 에너지원으로 주목받는다.

그러나 광에너지 전환효율이 낮다는 점이 한계로 지적됐다.

공동 연구팀은 수중 플라스마를 이용해 합성한 수소이산화타이타늄 나노입자를 유기 태양전지 전자수송 층에 적용했다.

이를 통해 기존 이산화타이타늄을 적용한 유기 태양전지보다 광에너지 전환효율을 약 50％ 이상 끌어올렸다.

수소이산화타이타늄은 일반적인 전자수송 층으로 사용되는 이산화타이타늄보다 더 좋은 전기전도도를 보였다고 연구팀은 설명했다.

이 때문에 유기 태양전지의 전하 수송·추출 능력이 향상했다.

아울러 밴드갭이 비교적 낮아 수명 저하 문제점도 해결할 수 있었다.

밴드갭은 반도체 물질 고유 물리량으로, 전류를 막는 '에너지 장벽'에 비유할 수 있다. 0에 가까우면 전류가 너무 쉽게 흘러 도체가 되고, 아주 크면 절연체가 된다.

연구팀은 합성 시간을 5분 안으로 단축해 기존 기술 대비 60배 이상 생산 속도를 높일 수 있다고 덧붙였다.

수중 플라스마를 이용해 수소이산화타이타늄을 합성한 사례는 이번이 세계에서 처음이다.

유석재 핵융합연 소장은 "공정이 간단하고 2차 환경오염이 없어 비용절감 효과와 함께 고효율 생산을 할 수 있다"며 "그간 전량 수입에 의존했던 나노입자 산업 트렌드에 변화를 가져오는 계기가 될 것"이라고 말했다.

성과를 담은 논문은 지난달 30일 '어드밴스드 에너지 머티리얼즈'(Advanced Energy Materials, year impact factor: 16.721)에 실렸다.

walden@yna.co.kr

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