OSC 모듈 효율 저하 문제 해결 기술 / 사진. 건국대
건국대학교 화학공학부 연구팀이 유기 태양전지(Organic Solar Cell, 이하 OSC) 모듈의 효율 저하 문제를 해결할 수 있는 기술을 개발했다. 이번 연구 성과는 세계적 권위의 학술지 'Applied Materials & Interfaces(ASC)' 1월호에 게재됐으며, OSC 상용화를 앞당길 핵심 기술로 주목받고 있다.
OSC는 가볍고 유연하며 대량 생산이 가능해 차세대 태양광 발전 기술로 각광받고 있다. 그러나 소형 단위셀에서는 높은 효율을 기록하더라도 대면적 모듈로 확장할 경우 효율이 급격히 감소하는 문제가 있었다. 이는 전하 수송 경로의 불균일성, 박막 형성의 비균질성, 저항 증가 및 재결합 손실 등의 기술적 한계로 인해 발생하며, OSC 상업화의 주요 걸림돌로 지적돼 왔다.
연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 광활성층의 사전 응집(Preaggregation) 제어 기법을 활용해 고분자 사슬 얽힘(Chain Entanglement) 효과를 유도하는 방식을 적용했다. 이를 통해 균일한 박막 구조를 형성하고 전하 이동 경로를 최적화하는 데 성공했다. 연구 결과, 단위셀(0.04㎝²)에서 17.82%의 광전변환효율(PCE)을 기록했으며, 대면적 모듈(30.24㎝²)에서도 13.49%의 높은 효율을 달성했다. 특히, 기존에 26.3%에 달하던 셀-투-모듈(Cell-to-Module, CTM) 효율 손실을 24.3%로 감소시키는 성과를 거뒀다.
이번 연구는 대면적 OSC 모듈에서 필연적으로 발생하는 효율 저하 문제를 해결하는 실질적인 접근법을 제시했으며, 향후 롤투롤(Roll-to-Roll) 프린팅과 같은 대량 생산 공정과의 결합을 통해 상용화 가능성을 더욱 높일 것으로 기대된다.
건국대 문두경 교수는 "OSC의 상용화를 위해서는 대면적 공정에서도 높은 효율을 유지하는 것이 필수적"이라며, "이번 연구에서 개발한 사전 응집 제어 기법을 활용하면 OSC 모듈에서 발생하는 저항 증가 및 비균질한 박막 형성 문제를 효과적으로 해결할 수 있다"라고 밝혔다.
