태양광 산업의 경쟁력은 태양전지의 광전환 효율에 달려 있다고 해도 과언이 아니다. 고순도 실리콘을 생산하기 위한 공정단가가 만만치 않아 보편적인 에너지원으로 태양전지를 사용하기 위해서는 기존 화석연료와 경쟁할 수 있는 ‘초저가 고효율 태양전지’ 소재 개발이 시급하다. 전 세계 산업계가 태양전지 효율을 끌어올리기 위해 광발전 연구 분야에서 각광을 받고 있는 페로브스카이트(Perovskite)와 같은 신소재 공정에 투자를 아끼지 않는 까닭은 이 때문이다.
우리대학이 페로브스카이트 기반 태양전지를 설계할 때 사용되는 저분자 스파이로(Spiro-MeOTAD)물질을 대체할 수 있는 고효율 고분자 정공 전달 물질을 합성하는데 성공했다. 우리대학 박태호(화공) 교수, 통합과정 김관우씨 연구팀은 재료과학분야 권위지 '어드밴스드에너지머터리얼스(Advanced Energy Materials)'를 통해 새로 합성한 고분자 정공전달 물질(명칭: TTB-TTQ)로 페로브스카이트 태양전지의 효율을 14.1%까지 끌어올리는 기술을 개발했다.
 기존에 널리 사용되던 스파이로 물질은 저분자 구조로 제작 단가가 높고 공정이 복잡해 태양전지에 코팅이 손쉬운 고분자 물질이 필요했다. 이번에 우리대학 연구팀이 합성한 신 물질은 에너지 준위 조절이 가능하고 가공이 용이하도록 하는데 초점을 맞춰 설계, 합성했다. 연구팀은 첨가제를 이용하면 물질의 표면 상태가 섬유형태로 거칠게 변하는데, 이로 인해 전하가 효율적으로 이동할 수 있게 된다는 사실을 밝혀냈다. 새 고분자 물질을 사용한 페로브스카이트 태양전지의 효율은 14.1%에 달하는데, 이는 지금까지 학계에 보고된 고분자 정공 전달물질 중 최고 수준이다.
특히 이번 연구는 앞으로 다양한 정공 전달물질을 합성하기 위한 새로운 방법을 제시했다는 점에서 큰 의미가 있다. 태양 전지 뿐만 아니라 다른 광전자공학(光電子工學, Optoelectronics) 전자소자에도 적합한 전도성 고분자를 만들 때에도 이를 응용할 수 있을 것으로 기대된다.
연구를 주도한 박태호 교수는 “페로브스카이트 태양 전지의 효율을 극대화하기 위해 고분자 정공 전달 물질을 합성할 수 있는 방법을 제시했다는데 의미가 있다”며 “향후 고효율 태양전지나 유연한 전자기기 등을 상용화 할 수 있는 기술 기반이 될 것”이라고 말했다. 한편, 이번 연구는 한국연구재단과 미래창조과학부 글로벌 프런티어 사업 ‘나노기반소프트일렉트로닉스 연구단’의 지원을 받아 진행됐다.