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이재원 교수, ‘Nature’ 논문 게재

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이재원 교수, ‘Nature’ 논문 게재 사진1

유기태양전지 에너지 손실 원인 밝혀내, 광전환 효율 향상에 대한 새로운 연구 기대 

 

공과대학 응용화학공학과 이재원 교수 공동연구팀이 유기태양전지의 높은 에너지 손실의 원인을 규명하고, 광활성층 고분자와 저분자 간의 전자적 상호작용 제어를 통해 에너지 손실 저감 및 광전환 효율 향상을 유도할 수 있음을 밝혀냈다.

응용화학공학과 이재원 교수와 영국 캠브리지 대학 Richard H. Friend 연구팀의 공동연구로 수행된 이번 연구결과는 국제 저명학술지인 ‘네이처(Nature, IF: 49.962)’에 게재됐다.(논문 제목: The role of charge recombination to triplet excitons in organic solar cells)

고분자를 포함하는 유기계 반도체는 가볍고 유연하며 특성 제어가 용이한 장점으로 차세대 에너지 소자, 플렉서블 디스플레이, 웨어러블 IoT 전자기기 등 다양한 소자에 적용될 수 있으나, 유기태양전지 제조 시 발생하는 높은 전하재결합과 에너지 손실의 원인에 대한 규명과 이를 저감할 수 있는 기술의 개발이 필요하다.

이에 공동연구팀은 유기태양전지의 광활성층 재료로 다수의 유기계 고분자와 비풀러렌(nonfullerene) 저분자 반도체를 합성하고 혼합해 제조한 태양전지 성능을 분석한 결과, 태양전지 구동 시 스핀-삼중항 전하-이동 여기자에서 분자 삼중항 여기자로의 역전하 전달 속도가 크게 감소할 수 있어 스핀-삼중항 전하-전달 여기자의 재해리를 가능하게 한다는 것을 입증했다. 

이를 통해 기존의 유기태양전지에서 주로 발생하는 비방사성 전하재결합이 비풀러렌 유기태양전지에서 급격히 감소할 수 있는 가능성을 발견했으며, 유기태양전지용 고성능 신규 물질 개발과 소자 설계의 방안을 제시했다.   

이재원 교수는 “이번 연구 결과로 전하 재결합에 대한 스핀 제어가 여기자 반도체의 더 넓은 분야에 관심을 가질 것으로 예상된다”며, “이러한 원천 기술을 활용해 유기반도체 기반 반투명 태양전지, 적외선 광검출기, 실내 저조도 에너지 하베스터 등 다양한 응용 연구를 진행 중”이라고 말했다. 




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