"초박막 고효율 플랙서블 플라스틱 태양전지 기술 개발"

 [이뉴스투데이 김봉연 기자] 1000번의 반복적인 휘어짐에도 효율이 떨어지지 않는 플렉서블 태양전지가 국내외 공동연구진에 의해 개발됐다.

한국연구재단은 성균관대 정현석 교수 연구팀과 UC 버클리 이상욱 박사 공동 연구팀이 원자층 증착법을 이용해 열처리 과정이 필요 없는 저온 공정을 이용해 효율을 획기적으로 높인 플렉서블 페로브스카이트 태양전지를 개발했다고 18일 밝혔다.

페로브스카이트 태양전지는 광흡수층으로 페로브스카이트 결정 구조(ABX3)를 갖는 유무기 복합 소재를 이용한 태양전지로 가시광선 영역에서 높은 흡광계수를 가지고 있어 뛰어난 광전변환효율을 보인다. 또 제조공정의 효율성으로 경제성이 뛰어나 차세대 태양전지로 활발히 연구되고 있다.

일반적인 페로브스카이트 태양전지는 그 구성 요소 중에 하나인 전자 수집층 형성 시 500 oC 이상의 고온 열처리 과정이 필수적으로 수반되는데 이런 열처리 과정은 열에 약한 플랙서블 플라스틱 기판의 변형을 유발할 수 있어 별도의 전원없이 여러 전자소자에 전력을 공급할 수 있는 고효율 플렉서블 태양전지 제작에 있어서 해결해야할 숙제로 남아 있었다.

이에 연구팀은 저온에서도 우수한 전자 수집 특성을 갖는 비정질 산화티타늄을 이용해 원자층 증착법(기판 위에 원자를 한 층씩 흡착한 뒤 플라스마를 이용해 박막을 형성하는 방법) 공정으로 열처리 없이 플라스틱 기판 위에 전자 수집층을 형성하는 데 성공했다.

이번에 개발한 태양전지의 효율은 기존 보고된 플렉서블 페로브스카이트 태양전지를 뛰어넘는 12.2%의  세계 최고효율을 달성했다. 특히 손목 둘레에 해당하는 곡률 반지름 10mm에서 1000회 굽혀도 그 효율이 변함없이 유지됐으며, 실내에서 마주칠 수 있는 낮은 광량 또는 비스듬한 태양빛 입사각 하에서도 변함없는 효율을 보였다.

정현석 교수는 "이번 연구결과는 저온 공정으로 효과적인 전자 수집층을 형성하여 고효율 플라스틱 태양전지를 구현하였을 뿐만 아니라 페로브스카이트 태양전지의 우수한 기계적 특성을 규명한 것"이라면서 "차세대 태양전지로 각광받는 페로브스카이트 태양전지가 전자 소자의 전력 공급원으로 응용될 수 있다는 상업적 이용가치를 시사하는 것"이라고 설명했다.

한편, 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 글로벌프런티어사업 멀티스케일에너지시스템연구단의 지원을 받았다. 연구 결과는 에너지·환경 분야 국제학술지 '에너지 & 환경 과학'(Energy & Environmental Science)지 온라인판 지난달 27일자에 실렸다.