▲ 건국대학교 화학공학부 문두경 교수 연구팀과 코오롱인더스트리/코오롱미래기술원이 공동으로 스크린프린트 기법만으로 넓은 면적의 유연 유기 태양전지를 종이처럼 인쇄할 수 있는 모듈을 처음으로 개발했다. 건국대 문두경 교수팀이 발표한 Advanced Energy Materials 저널의 표지 논문

차세대 태양 전지로 부각되고 있는 유기 태양전지는 작은 면적에서 진공 증착 공정에 의해 고성능을 달성할 수 있었으나 상용화를 위해 대면적화, 유연화 및 탈(脫) 증착 공정의 이슈가 필요했다.

건국대학교 화학공학부 문두경 교수 연구팀은 이를 극복하기 위해 자체 연구 개발된 비(非)풀러렌계 도너 소재(SMD2)와 HTL소재(OLED용 유기소재)를 도입해 세계 최초로 slot-die coating과 screen printing 기법만으로 ㈜코오롱인더스트리/코오롱미래기술원 연구팀과 공동으로 유연 유기 태양전지 모듈을 개발했다.

이를 통해 유기 태양전지 상용화의 큰 난제였던 비(非)풀러렌계 소재의 면적을 크게 넓히는 과정에서 발생되는 효율과 안정성 감소를 성공적으로 극복했다.

건국대 문 교수팀이 자체 개발한 도너소재(SMD2)와 층간소재, 독자의 소자 구조(효율 11.6%)를 도입해 코오롱인더스트리의 유기 태양전지 생산 라인에서 제조된 대면적 유연 모듈은 효율 5.25%에 419.6 mW의 출력을 나타냈다.

이는 기존의 진공 증착 없이 연속공정으로 고출력의 유연 유기 태양전지 모듈을 제작할 수 있는 결과로 유기 태양전지의 상용화를 한층 앞당길 수 있는 결과로 평가 받았다.

건국대 문두경 교수팀은 최근 한계극복형 알키미스트 프로젝트로 투명 유기 태양전지(20% 이상의 효율 달성을 위한 소재 연구 및 투명 태양전지 효율 12% 달성 목표) 연구과제에 선정되면서 유기 반도체 소재와 소자 연구 분야에서 신기술을 선도하는 연구결과를 지속적으로 발표하고 있으며 유기 태양전지 분야 최고 연구기관으로 주목받고 있다.

문두경 교수는 “이번 연구 결과는 최근 화두가 되고 있는 한·일 간 소재 원천기술 경쟁과 소재 국산화 등의 이슈 가운데 얻은 결과로 더욱 의미 있다”며 “앞으로 휴대용 충전기, 차량용 태양전지(automobile integrated photovoltaics, AIPVs), 건물일체형 태양전지(building integrated photovoltaics, BIPVs) 등 다양한 분야에 적용이 가능할 것으로 전망된다”고 말했다.

이번 연구는 미래창조과학부의 에너지기술개발사업과 인력양성사업의 지원을 받아 수행됐으며, 건국대 한용운 박사와 전성재 박사가 공동 제1저자, 이형석 석사과정, 코오롱인더스트리/코오롱미래기술원 박홍관 책임연구원, 김광수 책임연구원과 제주대학교 이호원 교수가 공동저자로 참여했다.

건국대와 코오롱 연구팀의 ‘인쇄공정에 의한 차세대 非풀러렌계 유연 유기 태양전지 모듈 개발’ 연구 결과는 재료공학 및 물리화학 분야 국제학술지 ‘Advanced Energy Materials’에 개재됐으며 2019년 42호의 표지 논문으로 선정됐다.