- 서울시립대 - 경상대 - 서울대 공동연구팀 유기반도체와 알루미늄 도핑된 이산화티타늄을 활용한 태양광 발전 핵심기술 개발

- Advanced Materials Interfaces 학술지 표지논문 Back Cover 이미지 선정

□ 서울시립대학교 (UOS ㆍ 총장 서순탁 ) 전자전기컴퓨터공학부 김혁 교수 , 경상대학교 반도체공학과 김준영 교수와 , 서울대학교 반도체공동연구소 이승현 박사가 이끄는 공동 연구팀이 중 ･ 소형 전자기기를 쉽게 충전할 수 있는 , 친환경 태양전지 핵심기술을 개발했다고 5 월 21 일 밝혔다 .

□ 공동 연구팀이 개발한 태양전지 소자는 , 알루미늄이 도핑된 이산화티타늄 (TiO2) 을 유기 태양전지 및 페로브스카이트 태양전지의 전자추출층으로 적용시킨 새로운 구조로서 , 스마트폰 , 헤드폰 , 소형 블루투스 기기 및 웨어러블 스마트 기기의 전원으로 충전하여 활용할 수 있는 높은 에너지 변환 효율을 갖는다 .

○ 구부리고 휠 수 있으며 옷에 부착도 가능하여 , 입고 다니면서 필요할 때마다 휴대폰충전이 가능한 태양전지로 각광받고 있는 , 유기 태양전지와 페로브스카이트 태양전지의 에너지 변환 효율을 높이기 위한 전자추출층을 개발한 이 기술은 , 표면 / 계면기술 분야의 권위적인 학술지인 WILEY 출판사의 Advanced Materials Interfaces 에 2020 년 5 월 20 일자로 출판 및 게재되었으며 저널 표지 (Back Cover Image) 로 선정됐다 .

□ 현재 신재생에너지 생산원으로 주목받고 있는 태양전지는 , 대부분 불투명하고 딱딱하므로 , 전기를 생산하기 위해서는 특정 위치에 고정하여 사용을 해야하고 , 이동을 하면서 접어다니거나 , 옷이나 가방등에 부착이 가능한 유연한 형태의 플렉시블 태양전지 개발이 어려웠다 .

○ 특히 , 유기반도체의 낮은 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital, 전자주입장벽의 기준값 ) 값으로 인해 (LUMO 값이 낮을수록 공기중에서 불안정함 ) 공기중에서 안정한 n 형 반도체를 만드는데 어려움을 겪어왔고 , 이로 인해 n 형 반도체인 전자추출층을 개발하는데 한계가 있었다 .

□ 이에 반해 , 이산화티타늄 n 형 무기반도체는 시중에서 판매하는 썬크림에도 사용이 되는 재료로서 , 가격이 매우 저렴하고 피부에 닿아도 안전하여 , 태양전지의 전자추출층으로서 주목받아왔다 .

○ 그러나 , 유기 태양전지와 페로브스카이트 태양전지 모두에 적용이 가능한 기술이 없어 , 여태까지는 각 태양전지에 맞는 전자추출층을 일일이 설계하고 제조해야했다 . 이로 인해 , 공정이 복잡해지고 공정 가격이 비싸져 , 결과적으로는 플렉시블 태양전지의 제조단가를 높여 , 상용화의 어려움을 겪어왔다 .

□ 이에 , 서울시립대 - 경상대 - 서울대 공동연구팀은 , 알루미늄을 첨가하여 이산화티타늄의 이동도 , 전도도 등의 전기적 특성을 자유자재로 조절하는 기술을 개발하고 , 이를 태양전지의 전자추출층으로 적용함으로써 , 단 1 회의 공정만으로 다양한 종류의 플렉시블 태양전지의 전자추출층을 제조할 수 있는 기술을 개발할 수 있게 됐다 .

□ 서울시립대 김혁 교수와 공동 연구팀은 “ 이번 연구 성과는 유기 반도체와 차세대 반도체 재료인 유무기 페로브스카이트 반도체를 기반으로 하는 태양전지의 상용화를 동시에 앞당길 수 있는 중요한 연구 결과이며 , 플렉서블 / 웨어러블 전자소자에 손쉽게 적용할 수 있는 기술이므로 , 향후 휴대용 기기의 전력원으로 널리 활용될 것으로 기대된다 ” 고 말했다 .

□ 한편 , 이번 연구 결과는 한국연구재단 이공학개인기초사업과 한국생산기술연구원 원천기술개발사업 ( 소프트 로보틱스 원천기술개발 ), 한국전력 기초사외공모사업의 지원을 받아 수행되었다 .