건국대, '클린룸 밖에서도 19%' 유기태양전지 세계 첫 개발[과학을읽다]

일반 대기 환경 제작 정구조 유기태양전지 최고 효율
고가 장비 의존 낮춰 상용화·대량생산 가능성 높여

건국대학교 연구진이 일반 대기 환경에서 제작한 유기태양전지의 광전변환효율을 세계 최초로 19%까지 끌어올리는 데 성공했다. 고가의 클린룸이나 글러브박스 없이도 세계 최고 수준의 성능을 구현하면서 차세대 유기태양전지 상용화 가능성을 한층 높였다는 평가다.

건국대는 17일 문두경 화공생명에너지공학부 연구특임교수 연구팀이 일반 대기 환경에서 제작한 정구조(Conventional) 유기태양전지의 광전변환효율을 세계 최초로 19%까지 향상시키는 데 성공했다고 밝혔다.

이번 연구 성과가 실린 'Advanced Energy Materials' 2026년 6월 호 표지. 건국대 제공

이번 연구 결과는 에너지·연료 분야 국제학술지 '어드밴스드 에너지 머터리얼즈(Advanced Energy Materials)'에 게재됐으며, 2026년 16호(6월 발간) 전면 표지논문(Front Cover)으로 선정됐다.

유기태양전지는 가볍고 유연한 특성을 갖고 있어 건물 외벽이나 차량, 웨어러블 기기 등에 적용할 수 있는 차세대 태양전지로 주목받고 있다. 최근에는 20% 이상의 높은 효율도 보고되고 있지만 대부분 산소와 수분 유입을 차단한 클린룸이나 글러브박스 환경에서만 구현 가능해 상용화에 한계가 있었다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 기존 고효율 유기태양전지 소재인 Y6 계열을 기반으로 구조를 단순화한 신규 광활성층 소재 'M-Y6 시리즈'를 개발했다.

광활성층은 태양빛을 흡수해 전기를 생산하는 태양전지의 핵심 층이다. 연구진이 개발한 M-Y6 시리즈는 기존 소재의 우수한 광학·전기화학적 특성은 유지하면서도 분자 구조를 단순화해 제조 비용을 낮추고 생산성을 높인 것이 특징이다.

특히 높은 결정성과 분자 정렬 특성을 확보해 주변 환경 변화에 대한 민감도를 크게 낮췄다. 그 결과 습도 65%에 이르는 환경에서도 19%에 육박하는 광전변환효율을 안정적으로 구현했다.

"연구실 넘어 공장으로"...상용화 가능성 높여

이번 연구의 가장 큰 의미는 연구실 성과를 넘어 실제 산업 현장 적용 가능성을 입증했다는 점이다.

연구팀은 상부 전극을 제외한 모든 제조 공정을 일반 대기 환경에서 수행했음에도 세계 최고 수준의 성능을 달성했다. 이는 향후 대규모 생산 공정에서 요구되는 제조 비용 절감과 생산성 향상에 유리할 것으로 평가된다.

특히 필름 형태 태양전지를 연속 생산하는 롤투롤(Roll-to-Roll) 공정에도 적용할 수 있어 대량 생산 체계 구축 가능성을 높였다.

태양전지패널. 아시아경제DB

아울러 해외 의존도가 높은 핵심 소재 기술의 국산화 가능성을 제시했다는 점에서도 의미가 있다. 유기태양전지 핵심 소재를 자체 기술로 확보할 경우 국내 차세대 태양전지 산업 경쟁력 강화에도 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

문 교수는 "이번 연구는 최근 글로벌 시장에서 중요성이 커지고 있는 태양전지 핵심 소재 기술의 국산화와 독자 기술 확보 측면에서 의미 있는 성과"라며 "그동안 상용화를 가로막았던 고가의 진공 장비와 클린룸 의존도를 크게 낮출 수 있게 됐다"고 말했다.

이어 "향후 휴대용 전자기기 충전기뿐 아니라 차량일체형태양전지(AIPV), 건물일체형태양전지(BIPV) 등 다양한 분야에 적용돼 유기태양전지 상용화를 앞당길 것으로 기대한다"고 전했다.

이번 연구는 과학기술사업화진흥원(COMPA)의 공공연구성과 가치창출 기술키움사업과 한국에너지기술평가원(KETEP)의 인력양성사업 지원을 받아 수행됐다. 건국대 전성재 박사가 제1저자로 연구를 주도했으며, 양남규·김지연 박사가 공동 연구자로 참여했다. 또 조은경 대구경북과학기술원(DGIST) 박사와 박지원·이건헌 울산과학기술원(UNIST) 박사과정 연구원, 양창덕 교수가 공동저자로 참여했다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr