투명하면서도 휘어짐에 강해 곡면에도 탈부착이 가능한 염료감응 태양전지 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 문길주) 광전하이브리드연구센터 고민재 박사와 고온에너지재료연구센터 최인석 박사 공동연구팀은 ‘투명하면서도 휘어지는 염료감응 태양전지 기술’을 개발했다고 20일 밝혔다.

염료감응 태양전지는 값싼 염료와 나노기술을 이용, 투명하면서도 다양한 색상을 낼 수 있다는 장점이 있다. 하지만 일반적인 제작 과정에서는 섭씨 400도 이상의 고온공정이 필요하기 때문에 열에 약한 플라스틱 기판에 적용하기 어렵다는 단점이 있었다.

또한 기존에 알려진 저온공정을 이용하여 플렉서블 태양전지를 제작하더라도 효율이 낮을 뿐만 아니라 구부러지거나 휘게 되면 광전극에 균열이 생겨 내구성이 나빠지는 문제가 있었다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 고분자 전기방사법과 무기물 나노입자 스프레이법을 동시에 사용해 고분자 나노섬유와 타이타니아 나노입자로 이뤄진 유무기 하이브리드 광전극 형성 기술을 개발했다.

연구팀이 개발한 새로운 플라스틱 염료감응 태양전지는 통상의 염료감응 태양전지와는 달리 천 번 이상의 반복적인 휨 테스트에서도 크랙 발생과 효율의 감소가 거의 없었다.

개발된 광전극의 효율과 기계적인 내구성이 우수한 이유는 비교적 유연한 성질을 갖는 고분자 나노섬유가 외부의 충격을 흡수하는 역할을 하는 동시에 무기물 나노입자를 견고하게 얽어매어서 효율의 감소를 막고 크랙의 발생과 전파를 근원적으로 억제하기 때문이다.

고민재 박사는 “이번에 개발된 유무기 하이브리드 복합 광전극 형성 기술을 이용하면 투명하고 휘어지면서도 기계적 강도가 우수한 플렉서블 태양전지를 값싸게 제작할 수 있기 때문에 휴대용 전자기기나, 건물의 창문은 물론 의류나 자동차 선루프, 커튼과 같은 곡면 위에도 부착, 사용할 수 있다” 고 밝혔다.

이번 연구성과는 9월 20일, ISI(Institute for Scientific Information, 미국과학정보연구소) 선정 에너지 및 환경 분야 최고권위 학술지인 Energy & Environmental Science의 10월호 표지논문으로 선정돼 게재됐다.