자연과학대학 화학과 류도현 교수 연구팀은 이번 연구에서 순수 유기물질인 새로운 인돌린 염료들을 합성 하였고 이들을 광활성층의 두께가 2 마이크로미터(μm) 이하인 얇은 박막 염료감응 태양전지에 적용하여 세계 최고인 9.1% 광에너지 전환 효율을 달성하였다.

투명성, 다채로운 배색과 유연성을 가지며 실내에서도 작동 가능한 염료감응형 태양전지는 건물 일체형 태양광 발전 시스템(BIPV)에 적합하고 다양한 응용 가능성으로 많은 연구자들의 관심을 받아왔다. 이를 위해서는 높은 효율의 얇은 박막형 태양전지 개발이 중요하지만 지금까지 개발된 유기염료들은 10마이크로미터(μm) 이상의 두꺼운 박막에서 높은 에너지 전환효율을 보이는 반면 얇은 박막에서는 효율이 떨어져서 비용효율 측면에서 바람직하지 못하였다.

이번 연구를 통하여 평면 구조를 가진 새로운 인돌린 기반 유기 염료 물질들을 디자인 할 수 있었고 합성에 성공하였다. 이 때 중간 연결 물질의 알킬 사슬 길이를 다양하게 조절하여 알킬 사슬 길이와 태양전지의 효율에 관여하는 요소들의 상관관계를 조사하여 두께가 얇아짐에 따라 태양전지의 전하 주입 효율이 광에너지 전환 효율을 결정한다는 것을 밝혀내었다. 

연구를 주도한 화학과 류교수는 “이번 연구의 의의는 그동안 두꺼운 박막에서 고효율을 보이던 유기염료들의 단점을 극복하여 얇은 박막에서 고효율을 가진 새로운 유기 염료감응 태양전지를 개발한 것”이라며 “또한 처음으로 평면구조를 가진 유기염료에 붙은 알킬사슬의 길이가 광에너지 전환 효율에 어떻게 영향을 주는 지를 밝힘으로써 새로운 유기염료 구조의 디자인에 나아가야할 방향을 제시해주었다”이라고 밝혔다.

본 연구에는 울산과학기술대학교 화학과 권태혁 교수 연구팀이 공동으로 참여하였으며, 연구 결과는 소재 과학 분야 세계적 권위의 학술지 'Advanced Functional Materials'에 10월 10일자 표지논문으로 게재됐다.

이 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자 지원사업의 지원으로 수행되었다. 

*논문명: Indoline-Based Molecular Engineering for Optimizing the Performance of Photoactive Thin Films