이황화 몰리브덴으로 유기태양전지의 효율 증가 원리 규명

이황화 몰리브덴 나노시트를 이용한 유기태양전지의 구조

한국과학기술원(KIST, 원장 이병권) 전북분원 손동익 박사 연구팀이 차세대 반도체 소재로 각광받는 물질인 ‘이황화 몰리브덴’을 활용한 유기태양전지의 효율 증가에 대한 원리를 규명하는데 성공했다고 지난달 밝혔다.
태양의 빛에너지를 전기에너지로 변환시키는 장치인 태양전지는 차세대 에너지원으로서 크게 주목을 받고 있다. 현재 상용화된 1세대 태양전지는 실리콘 기반의 무기반도체로, 유연성이 떨어지고 제작과정이 복잡하며 가격이 비싸다는 단점이 있다. 그 대안으로 대량생산이 가능한 ‘유기태양전지’에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.
KIST 손동익 선임연구원, 이규승 박사과정, 박영재 박사 연구팀은 높은 전자이동도를 갖는 이황화 몰리브덴을 유기태양전지의 전자수송층으로 사용해 광전 변환효율을 획기적으로 개선하고 이에 따른 효율 증가에 대한 원리를 규명했다.
연구팀은 전지의 표면 위에 ‘이황화 몰리브덴 나노시트’를 전자수송층으로 사용해 유무기 하이브리드 구조를 가진 유기태양전지를 제작했다. 이를 통해 유기태양전지의 광전 변환 효율을 증가시켰고, 이황화 몰리브덴 나노시트가 효율 증가에 미치는 영향을 관찰하기 위해 시간분해 형광분광법과 시뮬레이션 계산을 활용했다. 연구팀은 이황화몰리브덴을 적용하지 않은 기존의 유기태양전지 대비 27%이상의 효율이 증가, 동시에 안정성도 개선됨을 확인했다.
손동익 박사는 “이황화몰리브덴 나노시트를 이용해 광 에너지 전환 효율을 향상 시킬 수 있고, 뿐만 아니라 다양한 이차원 나노소재를 적절하게 응용한다면 차세대 고효율 유기태양전지 상용화 기술에 기여할 수 있다. 태양전지 시장의 수요에 부응할 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.
이번 연구 성과는 에너지재료 분야의 저널 오브 머티리얼 케미스트리 A(Journal of Material Chemistry A) 온라인판에 게재됐다.