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NEW 김종현 교수팀, 공액 고분자의 소재 설계 원리 규명
- 2020-05-12
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우리 학교 김종현 교수 연구팀이 차세대 전자 재료로 주목받고 있는 공액 고분자의 전기 전도도를 극대화하기 위한 소재 설계 원리에 대해 규명해냈다.
아주대 김종현 교수(응용화학생명공학과·대학원 분자과학기술학과, 사진)·서형탁 교수(신소재공학과·대학원 에너지시스템학과), 그리고 김봉기 건국대 교수와 박희준 한양대 교수가 참여한 공동 연구팀은 관련 연구 성과를 소재 분야 저명 학술지인 <어드밴스드 펑셔널 매터리얼즈(Advanced Functional Materials)> 5월4일 자에 게재했다.
논문 제목은 ‘공액고분자의 도핑효율 개선 원리규명과 이를 응용한 페로브스카이트 태양전지의 전하수송 개선 연구(Unraveling Doping Capability of Conjugated Polymers for Strategic Manipulation of Electric Dipole Layer toward Efficient Charge Collection in Perovskite Solar Cells)’다. 우리 학교 대학원 윤상은(분자과학기술학과 석박사 통합과정) 학생도 제1저자로 참여했다.
연구팀이 주목한 공액 고분자는 최근 기존의 반도체를 대체할 차세대 전자재료로 각광받고 있는 유기물이다. 공액 고분자는 전기가 흐르는 유기물로, 다른 무기물 반도체에 비해 우수한 물성을 가진다. 특히 화학 도핑법을 통해 기존 금속 수준의 우수한 전기 전도도를 구현할 수 있어, 전자기기의 전극 소재로 활용될 가능성이 높다. 가볍고 유연하며 제작 단가가 낮다는 장점도 있다.
공동 연구팀은 높은 전기 전도도에 비해 아직 명확히 밝혀지지 않은 고전기 전도도의 발현원리와 소재 설계원리를 규명했다.
연구팀은 도핑 공정에 사용되는 도판트(원하는 공정 효과를 얻기 위해 적정 농도로 첨가하는 불순물)와 효율적 전하 교환을 일으킬 수 있는 공액 고분자 골격을 발굴해냈다. 그리고 여기에 도판트의 확산에 최적화된 치환기를 도입함으로써 고전도도(200 S/cm) 박막을 제작하고 도핑 원리를 밝혀냈다. 연구팀은 나아가 이렇게 개발된 고전도성 공액 고분자를 전하수송계면층에 도입, 20% 이상의 효율을 갖는 고효율 페로브스카이트 태양전지를 구현했다.
김종현 교수는 “이번 연구를 통해 고분자의 전기전도성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 신규 원리를 밝혔고, 이로써 고분자 기반의 유연하고 늘어날 수 있는 고전도성 전극 개발이 실제로 가능해질 것”이라고 설명했다.
한편 이번 연구는 교육부 ‘대학중점연구소 지원사업(분자과학기술연구센터)’의 지원으로 수행되었다.
<공액고분자의 구조설계 및 도핑공정 최적화를 통한 도핑효율, 전기전도도, 투과도 극대화>