▲ 기능층 패턴을 제거한 새로운 모듈 구조 및 인쇄 공정을 이용한 유기태양전지 모듈 제작 모식도. 모듈 제작 시 가장 먼저 패턴된 투명 전극 기판 위에 전자 수송층을 패턴 되지 않은 인쇄공정 장비를 통해 인쇄 하고, 그 위에 투명 전극과 상부 전극의 직렬연결 접촉 면적을 피해서 광활성층을 패턴 되어 있는 인쇄 공정 장비를 통해 인쇄 한다. 그 다음에 다시 패턴 되지 않은 인쇄공정 장비를 통해서 정공 수송층을 인쇄하고, 마지막으로 상부 전극을 직렬연결이 될 수 있도록 패턴된 형태로 올린다..

유기태양전지의 효율을 떨어트리는 문제점을 지닌 인쇄공정에서 국내 연구진이 개발한 새로운 인쇄공정으로 고효율을 가지는 유기태양 전지 모듈을 만들어 냈다.

한국연구재단(이사장 정민근)은 미래부와 재단의 중견연구자지원사업, 기후변화대응기술개발사업, 신산업창조프로젝트사업의 지원을 받은 이광희 교수팀(광주과학기술원)이 유기태양전지 모듈에서 기존의 패턴공정을 생략하고 간단한 인쇄 공정만으로 유효면적***을 극대화할 수 있는 모듈 구조를 개발, 세계 최고의 모듈 효율 7.5%를 기록했다고 밝혔다.

유기태양전지란 플라스틱 같은 유기물을 광활성층의 주원료로 사용하는 전지로 기존의 실리콘과 화합물 반도체가 주 원료로 무겁고 부서기지 쉬운 무기물 태양전지보다 가볍고 유연한 특성으로 신문으로 찍어내는 것과 같은 연속 인쇄공정이 가능해 차세대 태양 전지로 주목 받고 있다.

하지만 인쇄 공정을 통한 모듈제작시 각단위의 셀들을 스프라이프 형태로 코팅하는 공정인 반복적인 패턴 공정에서 생기는 광활성 유효면적 감소로 이에 따른 낮은 모듈 효율이 단점으로 작용하고 있었다.

이에 이광희 교수팀은 실험을 통해서 유기태양전지 모듈 제작 과정에서 전자(음전하) 수송층과 정공(양전하)수송층의 패턴 공정 없이도 단위셀을 일렬로 연결 할 수 있음을 확인, 스트라이프 패턴 공정이 용이한 인쇄공정 장비인 간단한 슬롯다이를 통해 고효율 모듈 제작에 성공했다.

연구진은 “이번 성과는 모듈 효율 향상 및 공정 단순화를 통해 저가 인쇄 공정에 적합한 새로운 대면적 유기태양전지 모듈 구조를 개발한 것으로, 미래 화석연료를 대체할 차세대 대체 에너지인 유기태양전지의 산업화를 한 단계 앞당길 것으로 기대”된다고 전했다.

한편, 세계적인 학술지 네이처의 자매지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)' 1월 5일에 게재된 이번 연구 논문은 현재까지 학계에 보고된 대면적 유기태양전지 모듈 중 가장 높은 효율을 기록했으며, 한국에너지기술원 공인 인증을 완료했다.