- 광주과기원, 500㎠ 대면적 유기 태양전지 필름 개발

연구진이 대면적 플렉서블 유기 태양전지 모듈 필름을 구부리고 있다.[광주과기원 제공]
연구진이 대면적 플렉서블 유기 태양전지 모듈 필름을 구부리고 있다.[광주과기원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 기존 실리콘 태양전지를 대체할 차세대 태양전지인 ‘유기 태양전지’ 상용화를 앞당길 핵심기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

유기 태양전지란 빛을 흡수해 전하를 생성하는 광활성층에 친환경 유기물질을 사용하는 차세대 태양전지다. 초저가·초고속으로 대량 생산이 가능하며 기존 실리콘 태양전지에 비해 유연하고, 투명, 가벼운 필름 형태로 제작 가능해 장소의 제약 없이 유리, 벽면 등에 부착해 사용할 수 있다.

하지만 기존 유기 태양전지 연구는 대부분 값비싸고 딱딱한 인듐주석산화물(ITO) 투명전극 유리기판(약 1㎠) 위에 제작한 작은 셀(cell) 단위 수준에서 이루어져 왔다.

대면적이면서 유연한 모듈 관련 연구가 일부 있었지만, 모듈 크기가 커지고 유연해질수록 매우 낮은 모듈 효율을 나타내 상용화에 어려움을 겪고 있다.

광주과학기술원(GIST) 강홍규 박사와 이광희 교수 연구팀은 유연한 투명전극 기판 위에 500㎠ 이상 대면적 크기의 고효율 유기 태양전지 모듈 필름 제작기술을 개발했다.

연구팀은 희토류 인듐이 포함되지 않은 유연 투명전극 필름에서, 용액이 잘 퍼지지 않는 소수성(疏水性) 표면 특성이 태양전지 물질의 나노박막 불균일도를 유발하는 것을 발견하고, 이를 해결하기 위해 친수성 산화물층을 도입해 표면 젖음성을 크게 개선함으로써 균일한 대면적 나노박막을 형성했다.

연구팀이 제작한 모듈 필름은 528㎠ 크기에서 7.67%의 효율을 나타냈으며, 인쇄 기반 플렉서블 유기 태양전지 모듈 필름으로 500㎠ 이상의 대면적 필름이 학계에 보고된 사례는 이번 연구가 처음이다.

특히 이번 연구는 지스트가 국내 최초로 원천기술을 개발해 엠에스웨이㈜로 기술이전한 ‘유연 투명전극 제조 기술’을 적용한 산학협력의 성과다. 이번 연구를 바탕으로 엠에스웨이와 함께 소재․부품․장비․시공 기업들과 유기 태양전지 제품화를 위한 가치사슬을 구축하고, 산학 공동연구를 강화하면 상용화가 가능할 것으로 기대된다.

강홍규 박사가 투명(왼쪽)과 불투명 유기 태양전지 필름을 들어보이고 있다.[광주과기원 제공]
강홍규 박사가 투명(왼쪽)과 불투명 유기 태양전지 필름을 들어보이고 있다.[광주과기원 제공]

엠에스웨이는 국내 생산이 불가능해 전량 해외 수입에 의존하던 인듐 기반 투명전극을 대체할 수 있는 기술을 지스트로 부터 이전 받아 업계 최초로 대면적 유연 투명전극 필름을 국산화하고 양산 중이다.

강홍규 박사는 “이번 연구는 유기 태양전지 상용화의 가장 큰 걸림돌인 태양전지 물질의 나노박막 불균일도를 해결하고 높은 수준의 에너지 변환 효율을 갖는 유연한 대면적 모듈을 구현했다는 데 의의가 있다”며 “별도 부지 없이도 다양한 응용 분야에 필름 형태로 적용이 가능한 유기 태양전지의 상용화를 앞당겨 주민친화형 태양전지가 확산될 수 있도록 추진할 계획”이라고 말했다.

이번 연구성과는 에너지 분야 국제학술지 ‘어드벤스드 에너지 메터리얼즈’ 4월 16일 온라인판에 게재됐다.


nbgkoo@heraldcorp.com