자외선 빛 아래 유기반도체의 전자가 이산화탄소로 넘어가는 과정을 묘사한 일러스트(왼쪽). 이산화탄소 도핑방법 모식도(오른쪽).[GIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 지구온난화 주범 이산화탄소를 원료로 이용해 차세대 고성능 태양전지를 만들 수 있는 기술이 개발됐다.

광주과학기술원(GIST) 차세대에너지연구소 공재민 연구교수는 뉴욕대, 예일대와 국제공동연구로 온실가스를 활용한 고성능 페로브스카이트 태양전지의 성능을 높일 수 있는 유기반도체 도핑기법을 최초로 개발했다고 4일 밝혔다.

유기반도체는 OLED, 염료감응형태양전지 및 유기태양전지 등 다양한 분야에 활용되고 있다. 현재 25.5%의 높은 에너지 전환효율로 실리콘 태양전지를 대체할 신재생에너지원으로 각광받고 있는 페로브스카이트 태양전지에도 유기반도체가 필수적으로 사용된다.

연구팀은 산소 대신 온실가스인 이산화탄소를 유기반도체 도핑에 활용, 이산화탄소 도핑 효율을 높이기 위해 정공 수송 소재와 용액에 이산화탄소를 버블링하는 기법을 도입했다.

연구팀이 개발한 이산화탄소 버블링 기법은 기존 산소 도핑 기법 대비 공정시간을 100분의 1 수준으로 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라, 단시간에 유기반도체인 정공 수송 소재의 전기전도도를 100배까지 끌어 올렸다.

또한 도핑에 사용된 이산화탄소는 탄산염 형태로 변환, 저장되기 때문에 유기반도체 도핑과 동시에 지속가능한 탄소원 포집 및 재활용 기술에 활용될 것으로 기대된다.

가스 도핑 전, 산소 도핑, 이산화탄소 도핑에 따른 유기반도체 혼합용액 색깔 변화(왼쪽). 도핑 유무 및 도핑 가스의 종류에 따른 태양전지 전류 전압 곡선(오른쪽).[GIST 제공]

공재민 교수는 “이산화탄소 도핑 기법을 통해 페로브스카이트에 사용되는 유기반도체의 전도도를 단시간에 크게 향상시킬 수 있었다”면서 “더욱 흥미로운 점은 유기반도체가 도핑되는 과정에서 도핑에 사용된 이산화탄소는 탄산염 형태로 변환돼 저장되는데 이 과정을 활용하면 온실가스 저감 및 재활용에도 효용성을 발휘할 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구성과는 과학 분야 국제학술지 ‘네이처(Nature)’에 6월 2일 온라인 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com