광주과학기술원 이광희 교수 연구팀이 “인쇄형 적층 유기태양전지 생산 공정 단계를 절반으로 줄이는 인쇄 기술을 개발했다”고 전했다. 이광희 교수는 이번 연구 성과에 대해 “공정비용 및 제작단가를 크게 절감시켜 유기태양전지 상용화를 앞당기는 데 기여할 것”이라고 말했다.
일반적인 단일층 유기태양전지는 양 전극을 제외하고 3개 이상의 주요 구성층들로 이루어진다. 2개의 단일층 유기태양전지를 쌓은 형태인 적층형 유기태양전지는 6개 이상의 주요 구성층들이 필요하고, 이를 제작하기 위해 6번 이상의 공정 단계가 필요하다.
반면 연구팀이 발견한 나노혼합물의 자가 조립 현상을 이용하면 총 4번의 공정 단계로 적층형 유기태양전지를 제작할 수 있다. 고분자 전해질인 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine, PEI)과 광활성 물질을 혼합해 이들 물질 간의 표면 에너지 차이로 자발적인 수직적 상 분리가 발생하는데, 이로 인해 기능층(PEI)과 광활성층을 한 번의 인쇄 공정으로 형성할 수 있게 됐다.
또한 이 연구는 PEI의 분자량과 나노혼합물 상 분리 현상의 관계를 규명했다는 의의가 있다. 정적인 코팅방식의 인쇄 공정에서 기존에 사용되던 고분자량 PEI는 광활성 물질과 공간적인 방해가 존재해 나노혼합물의 효과적인 상 분리가 어려운 것을 확인했고, 이를 극복하기 위해 기존의 고분자량 PEI를 저분자량 PEI로 대체하여 PEI와 광활성 물질 간의 공간적인 방해를 완화시키고 나노혼합물의 자발적인 상 분리를 유도했다.
이러한 인쇄 기술은 유기태양전지뿐만 아니라 이와 유사한 소자 구조를 가지는 유기 전계효과 트랜지스터와 OLED 면광원 등 전반적인 유기 전자소자의 제작 공정에도 적용될 수 있다.
한편, 유기태양전지는 가볍고 유연해 웨어러블 전자기기의 전원으로 사용될 에너지원으로 각광받고 있다.
추경미 기자 (ckm@hellot.net)
