저가의 유기 태양전지를 생산할 수 있는 원천기술이 국내에서 개발됐다.
재료연구소(소장 강석봉)는 높은 효율과 뛰어난 유연성을 가진 은(Ag) 나노와이어 기반의 유기 태양전지<사진> 개발에 성공했다고 11일 밝혔다.
현재까지 은 나노와이어 전극을 이용한 유기 태양전지는 광변환효율이 3%에 그쳐 실험적으로 고효율 소자제작이 이뤄진 사례가 없어 이번 연구 결과가 주목받고 있다.
이 기술은 재료연 소자기능박막연구실 송명관, 김동호 박사팀과 전북대 강재욱 교수팀(유연인쇄전자공학과), LG디스플레이의 박종현 박사팀이 공동으로 개발했다.
이번에 개발된 기술을 유리와 플라스틱 기판에 적용했을 때 각각 6%, 5.1%로 광변환 효율이 배로 향상됐다. 또한 유연성을 가늠하기 위해 플라스틱 기판을 1.5mm 간격으로 1000회 굽혔을 때도 효율변화가 거의 없을 정도로 유연성도 뛰어났다.
이번 연구결과는 재료분야 저명 학술지인 ‘Advanced Functional Materials(어드밴스드 펑셔널 머터리얼스)’ 최신호(9월9일자)에 표지논문으로도 게재됐다.
이 기술로 투명전극의 핵심 재료인 인듐주석산화물(ITO) 가격의 3분의 1 수준의 저렴한 유기 태양전지를 제조할 수 있으며, 스마트폰 등에 탑재되는 터치패널에도 적용될 수 있는 원천기술로 평가되고 있다.
유기 태양전지를 저가로 생산하기 위해서는 ITO를 대체할 수 있는 재료를 찾아야 한다. ITO는 일반적으로 유리 위에 막을 입혀 사용하는데, 유연하거나 가볍지 않고 저가로 생산하기가 어렵다. 또 플라스틱 기판 위에 입힌 경우에는 전도성이 충분하지 않으며 유연성 또한 제한적이라는 한계가 있었다.
이러한 단점을 극복하기 위해 연구진은 은 나노와이어를 활용했다. ITO가 진공상태에서 코팅되는 공정인 반면, 은 나노와이어는 페인트칠을 하듯 분산용액을 이용해 쉽게 코팅할 수 있으며, 전기ㆍ광학적 특성이 뛰어나다.
송명관 박사는 “태양전지 및 차세대 디스플레이의 투명전극 재료의 핵심인 ITO를 대체하기 위해서는 새로운 소재발굴이나 소자 집적화 기술 개발이 필요하다”며 “공정이 쉽고 대량생산이 가능한 은 나노와이어를 이용한 이번 연구결과는 유기 태양전지 뿐만 아니라 플렉시블 유기 트랜지스터나 유기 디스플레이, 유기 발광다이오드 등 다양한 전자기기의 성능 향상에도 기여할 것으로 전망된다”고 밝혔다.
조문술 기자/freiheit@heraldcorp.com
