고효율 고분자 태양전지

현재 태양전지는 취급하기 어렵고 구매가격이 높으며 설치하기도 까다롭다. 앞으로는 지역 철물점에서 태양전지를 구매하여 포스터처럼 벽에 걸게 될 지도 모른다.

UCLA(캘리포니아대학)의 연구팀은 이런 상황의 실현이 눈 앞에 다가왔음을 보여주고 있다. 미국 화학회지 11월 26일에 게재된 보고서에 따르면, 재료분야 교수인 Yang Yang 연구팀은 태양전지용으로 새로운 고분자의 설계 및 합성법을 소개하고 있는데, 이것은 햇빛 흡수 및 전환능력이 기존의 고분자에 비해 월등한 것으로 나타났다.

연구팀은 고분자 주쇄(backbone)의 탄소를 실리콘 원자로 교체함으로써 고분자의 광전지 특성을 크게 향상시켰다. 이 실롤(silole)을 포함하는 고분자는 결정화가 가능하여 고효율 태양전지의 가능성도 내포하고 있다.

요즈음의 에너지 위기와 관련하여, 태양전지의 대중화에 기여하기 위한 새로운 기술이 필요한 시점이다. 이번의 새로이 합성된 고분자는 현재의 지붕용으로 많이 쓰이는 적용 한계를 크게 넘어설 전망이다.

고분자는 포장지처럼 가볍고 저가의 플라스틱으로 사용되고 있으며, 절연제, 파이프, 가정용 제품 및 인형과 같은 저렴한 제품에도 사용된다. 고분자 태양전지는 유기화합물을 활용하여 햇빛으로부터 전기를 생산한다. 기존의 실리콘 기반의 태양전지에 비해 훨씬 저렴하고 친환경적이다.

그러나 고분자 태양전지가 수 년 동안 이용되고 있지만 여전히 효율이 낮다. Yang 연구팀이 개발한 새로운 고분자는 효율은 연구발표 당시 5.1%였으며 몇 달 후 5.6%로 향상되었다. 연구팀은 그들이 사용한 태양전지의 광전지 물질이, 단층의 로우 밴드갭 고분자(low-band-gap polymer)에서는 가장 효율이 좋다는 것을 증명하였다.

밴드갭이 줄어들수록, 고분자 태양전지는 태양 스펙트럼을 더 잘 활용함으로써 햇빛을 더 많이 흡수할 수 있다. 밴드갭이 커지면 빛은 쉽게 흡수되지 못하고 낭비된다.

이전에는 고분자의 합성공정이 매우 복잡하였으나, 연구팀은 이 공정을 단순화시킴으로써 쉽게 대량생산하는 길을 열어 두었다고 본 연구의 공동저자인 Jianhui Hou는 밝혔다. 연구팀은 고분자 태양전지의 효율을 10% 이상으로 높이려는 시도를 하고 있다.

본 연구에 자금 지원을 한 Solarmer Energy사는 최근 상업화를 위해 캘리포니아대학으로부터 기술에 대한 라이센스를 취득하였다.