대면적 유기 태양전지 효율 18.8% 신기록…'분자 잠금' 기술 개발

중국 연구진이 '분자 잠금' 전략을 이용해 대면적 유기 태양전지의 효율과 안정성을 크게 높이는 데 성공했다.

21일(현지시간) 중국과학원(CAS) 닝보 재료기술공학연구소(NIMTE) 거쯔이 교수 연구팀은 전극과 정공수송층 사이의 계면을 안정시키는 새로운 기술을 개발했다고 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 '줄(Joule)'에 게재됐다.

연구팀은 진공 증착된 염화인듐(InClx) 중간층을 사용해 유기 태양전지 내부 계면을 안정화했다. 이 중간층은 리간드 교환을 유발해 견고한 배위 네트워크를 형성함으로써 자기조립단분자막(SAM)을 표면에 단단히 고정시키는 원리다.

이 기술을 적용한 소면적 유기 태양전지는 20.4%의 전력 변환 효율(PCE)을 기록했다. 특히 15.6㎠ 면적의 대면적 모듈에서는 18.8%의 활성 영역 전력 변환 효율을 달성했는데, 이는 해당 분야 신기록이다.

개발된 소자는 안정성 측면에서도 우수한 성능을 보였다. 섭씨 25도 환경에서 2000시간 동안 연속으로 최대 출력점을 추적한 결과, 초기 효율의 85% 이상을 유지했다.

기존 유기 태양전지는 빛과 열에 지속적으로 노출되면 접촉층이 분리돼 상용화에 한계가 있었다. 연구팀은 이번 전략이 효율, 안정성, 확장성 간의 오랜 상충 관계를 극복할 수 있는 보편적인 플랫폼을 제공한다고 설명했다.