국민대학교 응용화학과 장성연, 정인환 교수 연구팀은 연세대와의 공동연구를 통해 그동안 미지의 영역으로 여겨졌던 n형 포르피린 소재 개발에 성공했다. 그리고 이를 이용한 고효율 유기태양전지를 제조하는 기술을 개발했다.

현재 유기태양전지에 사용되고 있는 싸이오펜 기반 유기물 광활성 소재들은 근적외선의 활용도가 낮고, 내구성이 부족하여 이를 극복하기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다. 이에 본 연구팀에서는 자연계에서 광합성에 필수적인 광흡수제로 활용되고 있는 포르피린에 대한 깊은 고찰 및 연구를 통해 가시광선 전영역 및 근적외선 영역까지 흡수가 가능한 신개념 n형 포르피린 유도체 합성에 성공했다. 특히, 기존의 포르피린 소재는 우수한 산화/환원 안정성에도 불구하고, p형 소재로만 이용되고 있었지만, 본 연구를 통해 n형 소재로의 가능성을 확인할 수 있었다. 본 연구 결과는 향후 포르피린을 활용한 n형 소재개발에 큰 활기를 불어 일으킬 것으로 기대되며, 상용화의 걸림돌이 되고 있는 안정성 해결에 중요한 소재로 활용되어 유기태양전지소자의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 전망하고 있다.
뿐만 아니라 본 연구는 응용화학과 석박사통합과정 대학원생 Wisnu Tantyo Hadmojo 학생이 제1저자, 장성연 교수와 정인환 교수가 교신저자로 영국왕립화학회(Royal Chemical Society)에서 발간하는 화학분야의 최고 학술지인 'Chemical Science' 2017년 5월호에 게재된 바 있다. (논문명: Artificial light-harvesting n-type porphyrin for panchromatic organic photovoltaic devices, Chem. Sci., 2017, 8, 5095-5100).
본 연구는 한국에너지기술평가원의 에너지기술개발사업, 교육부 BK21 플러스 사업, 한국연구재단의 선도연구센터(ERC) 및 신진연구지원사업의 지원으로 이루어졌다.

그림 1. 가시광선 전영역 및 근적외선 영역까지 흡수하는 신개념 n형 포르피린 소재
 

그림 2. 유기태양전지 J-V 특성 및 외부양자효율