건국대 문두경 교수팀, 일반 대기 환경 유기태양전지 효율 19% 세계 최초 달성

김형석 기자

작성일 2026-06-19 18:04

건국대학교 문두경 연구특임교수(화공생명에너지공학부) 연구팀이 일반 대기 환경에서 제작한 유기태양전지의 광전변환효율을 세계 최초로 19%까지 끌어올리는 데 성공했다고 19일 밝혔다. 이번 연구 성과는 에너지·연료 분야의 세계적 학술지 ‘어드밴스드 에너지 머터리얼즈(Advanced Energy Materials)’에 게재되었으며, 6월 발간된 최신호의 전면 표지논문으로 선정되었다.

유기태양전지는 가볍고 유연한 특성으로 건물 벽면, 차량, 의류 등 다양한 분야에 적용할 수 있는 차세대 태양전지로 주목받고 있다. 그러나 기존 연구에서 보고된 높은 효율은 대부분 먼지, 수분, 산소 유입이 엄격히 통제된 클린룸이나 글러브박스 환경에서만 구현 가능했다. 실제 산업 현장의 일반 대기 환경에서는 효율이 크게 떨어져 상용화의 걸림돌로 지적되어 왔다.

연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 기존 고효율 유기태양전지 소재인 Y6 계열을 기반으로 구조를 단순화한 신규 광활성층 소재 ‘M-Y6 시리즈’를 개발했다. 광활성층은 태양빛을 흡수해 전기를 만들어내는 핵심층으로, 태양전지 성능을 좌우하는 중요한 구성 요소다. 연구팀이 개발한 M-Y6 시리즈는 기존 소재의 우수한 특성을 유지하면서도 분자 구조를 단순화해 제조 비용을 낮추고 생산성을 높였다.

특히 M-Y6 시리즈는 주변 환경 변화에 대한 민감도를 낮춰 습도 65%의 고습 환경에서도 19%에 육박하는 높은 광전변환효율을 안정적으로 구현하는 데 성공했다. 연구팀은 별도의 특수 장비 없이 상부 전극을 제외한 모든 제조 공정을 일반 대기 환경에서 수행하며 세계 최고 수준의 성능을 달성했다.

이번 연구는 연구실 수준을 넘어 산업 현장 적용 가능성을 보여줬다는 점에서 의미가 크다. 개발된 기술은 필름 형태의 태양전지를 연속 생산하는 롤투롤(Roll-to-Roll) 공정에 적용 가능해 대량 생산 체계 구축에 유리하며, 해외 의존도가 높은 핵심 소재 기술의 국산화 가능성을 제시한다.

문두경 교수는 “이번 연구는 태양전지 핵심 소재 기술의 국산화와 독자 기술 확보 측면에서 의미 있는 성과”라며 “고가의 진공 장비와 클린룸 의존도를 크게 낮출 수 있게 됐다”고 말했다. 이어 “향후 휴대용 전자기기 충전기, 차량 일체형 태양전지(AIPV), 건물일체형 태양전지(BIPV) 등 다양한 차세대 산업 분야에 적용되어 유기태양전지 상용화를 앞당길 것으로 기대한다”고 밝혔다.

이번 연구는 과학기술산업화진흥원(COMPA)의 ‘공공연구성과 가치창출 기술키움사업’과 한국에너지기술평가원(KETEP)의 ‘인력양성사업’ 지원을 받아 수행되었다. 건국대학교 전성재 박사가 제1저자로 연구를 주도했으며, 양남규 박사, 김지연 박사가 공동 연구자로 참여했다. 또한 대구경북과학기술원(DGIST) 조은경 박사, 울산과학기술원(UNIST) 박지원·이건헌 박사과정 연구원, 양창덕 교수가 공동저자로 참여했다.

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