'초저가·고효율' 태양전지 원천기술 개발(05.07)

KIST, 직물·종이·플라스틱·금속 등 광범위 활용

김지영 기자 (orghs12345@hellodd.com)

 

 

▲KIST가 '신 구조 플렉서블 태양전지 원천 기술'을 개발했다.<사진=KIST제공>

국내 연구진이 현재 태양전지 가격에 큰 영향을 미치는 고가의 투명전도성 전극을 전혀 사용하지 않으면서도 고효율 달성이 가능한 '신 구조 플렉서블 태양전지 원천 기술'을 개발했다.

 

 

KIST(한국과학기술연구원·원장 이병권)는 고민재 광전하이브리드연구센터 박사팀이 고온에서 열처리 한 무기 광전극을 떼어내어 플라스틱처럼 잘 휘어지는 기판 등에 전사해 붙이는 신 구조 고효율의 염료감응 플렉서블 태양전지를 개발했다고 7일 밝혔다.

 

연구결과는 나노 분야의 전문학술지인 'ACS 나노'에 지난 4월 28일자로 게재되었으며, 국내·해외 특허를 출원했다.

 

태양전지나 디스플레이 등 전자소자는 소자의 효율 향성을 위해 가시광선 영역에서 85% 이상의 높은 광투과도와 전기전도도를 요구하는 ITO 와 같은 투명전도성 전극이 필요하다. 하지만 ITO의 주원료인 인듐은 희귀 금속으로 가격이 비싸, 차세대 태양전지인 염료감응 태양전지의 재료비 중 가장 큰 부분을 차지하고 있다.

 

특히 투명전도성 전극을 사용하면 태양전지를 휘었을 경우 ITO가 깨져 전기적 특성이 감소해 휘어지는 태양전지를 만드는데도 적합하지 않았다.

 

이에 연구팀은 유리기판 위에 고온에서 열처리한 TiO2(산화타이타늄) 전극을 형성시킨 후, 플렉서블한 기판에 옮겨 붙이는 전사 방법을 적용해 플라스틱 기판에서 고효율의 태양전지를 구현했다.

 

 

▲(a) 전사법을 이용하여 태양전지 광전극을 만드는 방법 , (b) 전사법을 이용하여 태양전지 상대전극을 만드는 방법<사진=KIST 제공>

 

연구팀은 "전사방법을 사용하면 고온 열처리한 저항이 낮은 광전극을 다양한 플렉서블한 기판에 옮겨 붙일 수 있기 때문에 고효율 달성이 용이하다"고 설명했다.
  
후면전극 역시 인듐보다 상대적으로 가격이 저렴한 타이타늄 질화물(nitride)로 만들었고, 상대전극도 투명 전도성 물질을 사용하지 않고 탄소와 백금 복합체를 사용해 플라스틱 전극 위에 제작했다. 이렇게 제작된 염료감응 태양전지는 기존 전지에 비해 소재가격은 50% 이하로, 전체 태양전지 가격은 30%이하로 가격이 낮아지는 효과를 보였다.

 

또 개발한 전사법은 휘어짐에 강한 타이타늄 계열의 광전극을 고분자 필름위에 붙여, 태양전지를 휘었을 경우에도 기판의 손상과 효율의 감소 없이 특성이 좋은 태양전지를 제작할 수 있었다. 이렇게 개발한 태양전지는 투명 전도성 물질을 전혀 사용하지 않음에도 불구하고, 보고된 염료감응 플렉서블 태양전지 중 최고 수준인 8.10%의 광변환 효율을 기록했다.

 

고민재 박사는 "개발한 태양전지는 기판의 종류에 상관없이 제작할 수 있고, 잘 휘어지면서도 효율이 높아 웨어러블 태양전지, 휴대 전자 소자 등 다양한 분야의 핵심소재로 활용될 수 있을 것으로 기대된다" 며 "연구팀에서 개발한 전사법을 이용하면 태양전지 이외에도 다양한 전자 기기 및 전기화학 기기 등 전자소자를 사용하는 응용분야에서 직물이나 종이, 플라스틱, 금속 등 휘어질 수 있는 다양한 기판 위에 제작할 수 있어 광범위한 응용을 기대할 수 있다"고 말했다.