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본 연구에서는 기존 홀 전도체의 구조와 차별성을 가지는 트라이페닐 아민 분자를 중심으로 정공 수송도와 용해도를 증가시키기 위해 카바졸과 플로렌 그룹을 도입한 결과 기존의 홀 전도체보다 약 1.5 배의 우수한 정공 수송 특성을 보였으며, 강한 소수성 특성을 가지고 있기에 수분 혹은 공기 중에 안정성이 우수하다는 것을 접촉각 (Contact Angle) 측정을 통해 확인했다. (자료=부산대 제공)

(부산=NSP통신) 도남선 기자 = 미래창조과학부(장관 최양희)와 한국연구재단(이사장 정민근)은 국내 연구진이 차세대 태양전지의 내구성과 에너지 효율을 높일 수 있는 새로운 홀 전도체 개발에 성공했고 밝혔다.

홀 전도체란 페로브스카이트 및 유기 태양전지에서 (+)전하를 수송하는 물질을 말한다.

부산대 진성호 교수 연구팀은 기존보다 훨씬 경제적이고 간단한 공정을 통한 차세대 태양전지의 홀전도체 개발을 위한 연구를 미래창조과학부와 한국연구재단이 지원하는 중견연구자지원사업을 통해 수행했으며 연구결과는 재료분야의 세계적인 권위지인 어드밴스트 머티리얼즈(Advanced Materials)지 온라인 판 12월 8일 자에 내부 표지논문으로 게재됐다.

논문명과 저자 정보는 다음과 같다.

▲ 논문명 : Highly Efficient Organic Hole Transporting Materials for Perovskite and Organic Solar Cells with Long-Term Stability

▲ 저자 정보 : 진성호 교수(교신저자, 부산대), 송명관 박사(교신저자, 재료연구소), 김동호 박사(공저자, 재료연구소), 김창수 박사(공저자, 재료연구소), 이진용 교수(공저자, 성균관대), 문종훈 박사(공저자, 성균관대), 임상혁 교수(공저자, 경희대), 허진혁 연구원(공저자, 경희대), Saripally Sudhaker Reddy 연구원(제1저자, 부산대), Kumarasamy Gunasekar 연구원(제 2저자, 부산대)

진성호 교수는 “이번에 개발된 새로운 홀 전도체는 비교적 저렴하면서도 공정이 간단하기에 차세대 태양전지 및 유기 디스플레이, 발광 다이오드 등 다양한 전자기기의 성능 및 수명향상에도 기여할 수 있을 것”이라고 연구의의를 밝혔다.

연구팀은 페로브스카이트 태양전지를 제작한 결과 기존의 홀 전도체를 사용한 결과 에너지변환효율이 16.7% 인 반면, 합성된 홀 전도체는 약 17.2%로 나타내었다. 또한 소자 수명 측정결과 기존의 홀 전도체는 대략 500시간 후 초기 효율의 대략 60% 감소 한 반면, 새로 합성된 홀 전도체는 약 30% 감소를 했다. 이것은 합성된 홀 전도체의 강한 소수성 특징 때문에 공기 또는 수분에 안정하기 때문에 소자 효율감소가 덜 한 것을 확인했다.

유기태양전지에서 기존 홀 전도체는 PEDOT:PSS 또는 MoO3를 주로 사용하고 있는데, PEDOT:PSS와 MoO3는 흡습성이 강하며, 특히 PEDOT:PSS는 강한 산성용액이기에 소자를 부식시켜 안정성 측면에서 상당히 문제가 있다. 기존의 홀 전도체 대신 새로 개발된 홀 전도체를 유기 태양전지에 도입한 결과, 에너지변환효율이 약 7.9%를 보였으며, 기존의 홀 전도체는 7.6 %를 보였다. 이는 새로 개발된 홀 전도체의 우수성을 확인하는 사실이다.

NSP통신/NSP TV 도남선 기자, aegookja@nspna.com
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