▲(좌측부터) 장용찬, 이원호, 이창연, 손현수, 이태경  © 금오공대

【브레이크뉴스 구미】진예솔 기자=국립금오공과대학교는 고분자공학과 이원호 교수 연구팀이  ‘고분자 기반 유기 태양전지의 열 안정성을 획기적으로 개선한 연구 성과’를 발표했다고 12일 밝혔다.

중앙대학교 이창연 교수 및 경상국립대학교 이태경 교수 연구팀과 공동으로 진행한 이번 연구는 고온의 가혹한 조건에서도 매우 안정적인 특성을 나타내 ‘유기 태양전지의 상용화 가능성’을 크게 높였다는 평가를 받고 있다.

유기 태양전지는 유기화합물을 사용해 태양빛을 전기로 변환하는 것으로 가볍고 유연하며 저렴하다.

그러나 온도변화에 민감해 고온에 장기간 노출될 경우 성능이 크게 떨어지는 단점이 있다.

이에 연구팀은 아주 간단한 열처리 공정을 통해 유기 태양전지 상부 전극의확산을 억제해 열 안정성을 크게 개선했다.

연구를 통해 열처리 과정이 고분자 전도층의 밀도를 증가시켜 고온의 스트레스에서도 전극 확산을 방지하고 장기적으로도 안정성이 유지되는 효과를 확인했다. 

이번 연구에서는 100℃에서 1000시간 동안의 열처리 과정에도 90%의 초기 효율을 유지하는 성과를 달성했다.

이는 현재까지 보고된 유사한 형태의 광활성층을 사용한 유기 태양전지 중 가장 높은 열 안정성을 유지한 기록 중 하나로 평가된다. 

관련 연구의 논문 제목은 ‘Preventing electrode penetration and burn-in degradation in non-fullerene organic solar cells via pre-annealing: Insights from experimental and computational studies(비풀러렌 유기태양전지의 열처리를 통한 전극 침투 억제 및 안정성 향상 연구)’로 화학공학 분야의 저명 국제 학술지 Chemical Engineering Journal(JCR 상위 3.2%, IF 13.3)에 지난달 28일자로 게재됐다.

연구는 유기 태양전지의 내구성 문제를 해결할 수 있는 중요한 방법을 제안한 것으로 주목받고 있다.

공동 제1저자로 참여한 장용찬 국립금오공대 석사과정 학생은 “이번 연구가 유기 태양전지의 상용화에 중요한 발판이 될 것이라 기대한다”며 “앞으로도 유기 전자재료의 안정성을 높일 수 있는 다양한 방법을 모색할 계획이다”고 밝혔다.

이원호 국립금오공대 교수는 “유기 태양전지의 열 안정성 개선 기술은 고효율 친환경 에너지 생산을 위한 핵심 기술이다”며 “본 연구가 차세대 태양광 발전 분야에서 큰 기여를 할 수 있을 것이라 기대한다”고 말했다.

<구글 번역으로 번역한 영문 기사의 전문 입니다. 번역에 오류가 있을 수 있음을 밝힙니다.>

The National Institute of Technology announced on the 12th that Professor Lee Won-ho's research team from the Department of Polymer Engineering announced the results of a study that "dramatically improved the thermal stability of polymer-based organic solar cells."

This study, conducted jointly with the research teams of Professor Lee Chang-yeon of Chung-Ang University and Professor Lee Tae-kyung of Gyeongsang National University, is evaluated to have greatly increased the "commercialization potential of organic solar cells" by showing very stable characteristics even under harsh conditions of high temperatures.

Organic solar cells are lightweight, flexible, and inexpensive, converting sunlight into electricity using organic compounds.

However, they are sensitive to temperature changes, and their performance drops significantly when exposed to high temperatures for a long period of time.

Accordingly, the research team significantly improved the thermal stability by suppressing the diffusion of the upper electrode of the organic solar cell through a very simple heat treatment process.

Through the study, it was confirmed that the heat treatment process increases the density of the polymer conductive layer, preventing electrode diffusion even under high-temperature stress and maintaining stability over the long term.

In this study, we achieved the result of maintaining 90% of the initial efficiency even after a heat treatment process at 100℃ for 1,000 hours.

This is evaluated as one of the highest thermal stability records among organic solar cells using a similar type of photoactive layer reported to date.

The title of the paper on the related study is ‘Preventing electrode penetration and burn-in degradation in non-fullerene organic solar cells via pre-annealing: Insights from experimental and computational studies (Study on preventing electrode penetration and improving stability through heat treatment of non-fullerene organic solar cells)’ and was published on the 28th of last month in the Chemical Engineering Journal (JCR top 3.2%, IF 13.3), a renowned international academic journal in the field of chemical engineering.

The study is drawing attention for suggesting an important method to solve the durability problem of organic solar cells.

Jang Yong-chan, a master's student at Kumoh National Institute of Technology who participated as a joint first author, said, "I expect this research to be an important stepping stone for the commercialization of organic solar cells," and "I plan to continue to explore various methods to increase the stability of organic electronic materials." Professor Lee Won-ho of Kumoh National Institute of Technology said, "The technology to improve the thermal stability of organic solar cells is a key technology for producing high-efficiency, eco-friendly energy," and "I expect this research to make a great contribution to the next-generation solar power generation field."