'구부렸다 펴도 성능 유지' 플렉서블 태양전지 개발

KIST, 저온공정 가능한 신소재 고분자 물질 개발


[민혜정기자] 국내 연구진이 구부렸다 펴도 성능이 유지되도록 신소재 고분자 물질을 적용한 플렉서블 태양전지를 개발했다. 태양전지는 웨어러블 기기 핵심 기술 중 하나로 손꼽히고 있다.

한국과학기술연구원(KIST) 광전하이브리드연구센터 손해정, 고민재 박사팀은 기존의 태양전지 내의 핵심부분 중 하나인 정공수송층으로 널리 이용되던 물질(PEDOT:PSS, 전도성 고분자)을 대체할 수 있는 저온공정이 가능한 신소재 고분자 물질을 개발했다고 19일 발표했다.

연구팀은 이를 사용해 고성능·고안정성 플렉서블 페로브스카이트(태양전지의 광 흡수층으로 많이 사용되는 반도체) 태양전지도 개발했다.

최근 유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지 분야는 급격하게 발전해 향후 실리콘 태양전지와 경쟁을 할 수 있을 것이라고 기대되고 있다.

플렉서블 태양전지는 플라스틱 유연기판을 사용하기 때문에 150도 이하의 저온 공정이 필수적인데, 연구팀이 개발한 신규 고분자 물질은 저온에서 용액공정으로 제작이 가능한 플렉서블 태양전지에 더 적합한 물질이라고 볼 수 있다.

기존 페로브스카이트 태양전지는 전극 사이의 경계면 층에 사용되는 물질들이 고온공정이 요구되어 플렉서블 소자 구현에 문제가 있었다. 최근 이를 극복하기 위해 저온공정이 가능한 소자들이 제안되고 있으나 그 성능과 안정성 면에서 굉장히 제한적인 모습을 보였다.

KIST 손해정, 고민재 공동연구팀은 기존의 전도성 고분자(PEDOT:PSS)를 대체해 'PhNa-1T'라는 신규 고분자를 개발해 정공수송층으로 사용했다.

이 고분자는 물 혹은 물, 알콜 혼합용액에서 높은 용해도를 보여 저온에서 손쉽게 용액공정으로 정공수송층 제작이 가능하다. 또 기존 물질보다 우수한 전기전도도를 나타내는 것을 실험을 통해 확인했고, 에너지 손실을 줄일 수 있다는 사실을 입증했다고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 "이번엔 개발된 플렉서블 태양전지는 최고 14.7%까지의 높은 전력변환효율을 기록했다"며 "기존 물질을 이용한 소자가 8.4%의 전력변환을 보였다는 점을 감안하였을 때 이러한 효율은 'PhNa-1T' 물질의 우수함을 입증하는 결과라 할 수 있다"고 말했다.

이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 글로벌프런티어사업 멀티스케일 에너지시스템연구단의 지원으로 수행됐다. 연구결과는 재료 분야의 전문학술지인 'Advanced Functional Materials' 5일자에 표지논문으로 게재됐다.

연구책임자인 손해정 박사는 "이번에 개발된 신규 전도성 고분자 소재는 고효율 플렉서블 유무기 페로브스카이트 태양전지의 성능 향상에 지대한 기여를 했다"며 "향후 태양전지 외에 광센서 등 유연 인쇄전자 소자에 중요 부품으로 활용될 것으로 기대된다"고 말했다.

민혜정기자 hye555@inews24.com

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