▲ 유기태양전지 구조 및 원자힘 현미경 사진(왼쪽)과 유기태양전지 안정도 특성 그래프.

국내 연구진이 과산화수소로 원자단위 두께를 갖는 ‘부분산화 이황화몰리브덴’ 제조법을 개선해, 유기태양전지의 수명을 늘렸다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전북분원(분원장 김준경) 복합소재기술연구소 탄소융합소재연구센터 조한익 박사팀이 쉽고 대량생산이 가능한 판상형 ‘부분산화 이황화몰리브덴’ 제조법을 개발했다.

3차원의 울퉁불퉁한 암석형태로 존재하는 이황화몰리브덴을 전기적 성능을 가진 부분산화 이황화몰리브덴으로 만들기 위해서는 2차원의 단일판 형태로 제작해야한다.

연구팀은 이황화몰리브덴과 약하게 반응할 수 있는 과산화수소와의 단순 혼합 및 교반을 이용해 용액공정이 가능한 부분산화 이황화몰리브덴 나노시트 제조 및 고농도 분산을 갖는 용액을 성공적으로 제조했다. 제조된 용액을 기판에 스핀 코팅(spin coating) 해 판상형 부분산화 이황화몰리브덴 필름을 손쉽게 제조했다.

기존 제조법은 장시간의 초음파를 암석에 처리해 제조하기 때문에 대량생산이 어렵고 이황화몰리브덴의 농도가 낮았다. 또한 박리되지 않은 물질은 재분리 과정을 통해 다시 분리해야하는 어려움이 있어 고농도 판상형 이황화몰리브덴 제조에 어려움이 있었다.

개발된 제조법은 기존 공정대비 2단계 공정을 줄였을 뿐 아니라, 고농도의 우수하고 안정한 ‘부분산화 이황화몰리브덴’을 대량 생산할 수 있게 됐다.

차세대 에너지원으로 각광받고 있는 유기태양전지에 이용한 결과, 기존 태양전지가 4일 정도 후 효율이 0%로 떨어지는 데 비해, 16일이 지나도 20%의 효율만 감소한다는 것을 확인할 수 있었다.

이번 연구 성과는 나노기술 분야의 국제학술지 스몰(small)에 게재됐으며, 연구의 우수성 및 참신함을 인정받아 6월25일자 표지논문으로 선정됐다.

조한익 KIST 박사는 “개발된 나노소재 박리방법은 값싼 원료를 이용하며 손쉽고 대량생산이 용이해, 차후 이차원 나노소재 제조의 상업화에 쉽게 이용할 수 있을 것으로 보인다”고 말했다.

한편, 이번 연구는 KIST의 기관고유연구사업으로 수행됐다.