웨어러블 전자 소자 상시 전력 공급 및 응용 기대

신축성 및 전기적 성질이 모두 우수한 고분자를 개발하고,

이를 이용해 다양한 웨어러블 전자기기에 활용한 ‘고효율 스트레쳐블 유기 태양전지’구현에 성공하였습니다.

​

한국연구재단은 김범준 교수(한국과학기술원)와 김윤희 교수(경상국립대학교) 공동 연구팀이 고성능 신규 고분자 전자 받개* 소재를 개발하고, 이를 이용해 여러 방향으로 자유롭게 늘어가는 고효율 스트레쳐블 유기 태양전지를 제작했다고 밝혔습니다.

웨어러블 전자소재의 전원공급장치는 휴대용 태양전지 사용이 필수적입니다. 이때 사용되는 태양전지는 높은 광전변화 효율과 함께 다양한 신체 움직임으로 야기되는 잡아당김과 늘어남 같은 인장에도 성능을 유지할 수 있는 내구성이 요구됩니다. 하지만 유기 태양전지를 구성하는 기존의 광활성 고분자물질은 높은 광전효율을 위해 다중 접합 고리(fused ring) 형태의 주쇄**를 채용했고, 그 결과 딱딱하고 경직된 분자 구조가 유기 태양전지 광활성층의 신축성을 낮춰 인장에 대한 기계적 내구성이 크게 저하되었습니다.

신규 개발된 유연 링커가 도입된 고분자 전자 받개 및 해당 소재가 사용된 완전 신축성 유기 태양전지의 성능

​연구팀은 고분자 물질 내에서 기계적 스프링 역할을 하는 ‘유연 링커’를 도입하여 스프링처럼 높은 기계적 특성을 가지는 신규 고분자 전자 받개 물질 ‘PYFS-RRg’을 개발하였습니다. 더불어 ‘PYFS-RRg’를 통해 최고 수준의 광전변화효율 및 잡아당겨도 높은 신축성을 띄는 고분자 유기태양전지를 개발하였습니다. 또한 실제로 늘어나도 작동하는 고성능·고신축성 고분자 태양전지를 구현, 웨어러블하게 구동하였습니다. 나아가, 인체유해도가 낮은 용매를 사용해서 웨어러블 소자 사용에 적합함을 확인하였습니다.

​

김범준 교수는 “이번 연구는 차세대 웨어러블 전자 기기에 필수적인 전력 공급원인 고성능 소재고유형 신축태양전지를 개발했다는 것에 큰 의의가 있다”고 밝혔습니다. 또한, 김윤희 교수는 “기존에 구현하기 어려웠던, 높은 기계적·전기적 특성을 동시에 가지는 고분자 구조개발에 대한 새로운 개념을 제했다는 의의가 있다.”라고 밝혔습니다.

​

이번 연구의 성과는 국제학술지 에너지 환경과학(Energy&Environmental Science)에 9월 16일 게재되었습니다.

​

<과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구 및 기초 연구실사업의 지원으로 수행되었습니다.>

* 전자 받개 : 분자 사이에서 전자의 주고받기가 이루어지는 경우 상대부터 전자를 받기 쉬운 분자

** 주쇄(주사슬, main chain) : 고분자의 골격을 이루는 줄기 분자쇄

​

출처 : 한국연구재단