UNIST, 접을 수 있는 페로브스카이트 태양전지 개발

김주영·송명훈 교수팀, 유연성 극대화
실생활에 더 가까운 태양전지 기대

울산과학기술원(UNIST) 연구팀이 접을 수 있는 고효율 태양전지를 개발했다.

UNIST는 신소재공학부의 김주영·송명훈 교수 공동연구팀이 접을 수 있을 정도로 유연한 ‘페로브스카이트 태양전지(Perovsktie Solar Cell ·이하 PeSC)’를 개발했다고 2일 밝혔다.

PeSC는 저비용·고효율로 차세대 태양전지로 주목받고 있으며, 실리콘 태양전지와 달리 소재 변경을 통해 쉽게 유연화 할 수 있다.

하지만 기존 PeSC 연구는 유연성 향상보다는 효율 향상에 초점을 맞춰, 현재 PeSC의 유연성은 말 수 있는(rollable) 수준에 그친다.

이번 연구는 PeSC의 광활성층인 페로브스카이트 박막의 물리적 특성을 분석하고, 이를 바탕으로 기판, 투명전극 소재를 최적화해 PeSC를 접을 수 있는 수준(foldable)까지 유연성을 극대화했다.

유연한 PeSC를 만들기 위해서는 페로브스카이트 박막의 물리적 특성을 정확히 파악하는 것이 필요한데, 기존 연구는 실제 전지 박막과 다른 조건의 박막을 이용하거나 간접적인 방법을 이용해 정확도가 떨어졌다.

이에 연구팀은 진공상태에서 전자현미경을 통해 실제 PeSC에서와 동일한 조건의 박막에 대한 직접적인 단축·인장 실험으로 정확한 물리적 특성을 측정했고, 이를 통해 태양전지의 유연성을 정확하게 예측했다.

또 이번 연구는 페로스카이트 박막 외에 다른 태양전지 구성층들의 물리적 특성을 분석해 유연성이 극대화된 태양전지를 설계했다.

연구팀은 PeSC의 유연성을 제한하는 기존 금속산화물 투명전극을 유연한 초박막 금속 투명전극으로 바꾸고, 고분자 기판의 두께를 15μm(마이크로미터·1㎛ 기준 100만 분의 1ｍ)까지 줄였다.

그 결과 새로 만든 PeSC는 접는 수준과 같은 1.0㎚(나노미터·1㎚는 10억 분의 1ｍ) 곡률 반경에서 1000회를 굽혀도 태양전지 광전 변환 효율을 유지했다.

공동연구팀의 송명훈 교수는 “이번 연구를 통해 PeSC의 활용성을 확대시키면 우리 실생활에 더 가까운 태양전지 기술이 될 것”이라고 밝혔다.

한편 이번 연구는 지난달 23일 나노 분야의 세계적 권위지인 ‘나노 레터스(Nano Letters)‘에 온라인 속보로 공개됐다.

【울산=뉴시스】