Update2024.05.12 (일)
‘입고 있는 옷이 태양빛을 받아 이용중인 전자기기에 에너지를 공급할 수 있다면’ 이라는 상상을 실현할 기술이 개발됐다.
한국전기연구원(KERI, 원장 김호용)은 최근 나노융합기술연구센터 차승일·이동윤 박사팀이 차세대 태양전지 기술의 하나인 직조형(옷감형) 염료감응 태양전지를 개발하는데 성공했다고 21일 밝혔다.
개발된 직조형 태양전지는 식물의 광합성 작용을 모사한 전기화학적 원리기반의 염료감응형 태양전지다. 염료와 나노 티타니아, 전해질, 상대전극, 기판 등으로 구성되고, 효율은 33%로 단일 태양전지로는 가장 높은 이론상 효율을 지니고 있으며, 실제 효율은 10% 내외이다.
금속과 세라믹 섬유를 이용해 태양전지의 음극과 양극을 옷감처럼 직조공정을 통해 베틀(직조기)로 짜내고, 스크린 프린팅의 공정으로 광전극과 염료를 프린팅함으로써 옷감 형태의 태양전지를 완성했다.
직조형 태양전지는 옷감처럼 유연하고 부드러우며, 옷감과 마찬가지로 재봉과 재단이 가능한 특징을 가지고 있다. 또한 사용 환경과 응용 대상에 따라서 여러 가지 패턴(무늬)을 적용해 제작할 수 있는 특성을 갖는다.
특히 기존의 면, 실크, 팰트 등의 천에 직조 공정으로 제조된 전극을 재봉해 부착(부착형)하거나, 기존 옷감을 제조할 때 태양전지를 삽입(옷감 삽입형)할 수 있고, 모두 직조로만 제조(직조형)하는 등 다양한 형태로 제조할 수 있어, 응용 범위와 가능성이 높다고 평가된다.
현재 옷감형태의 태양전지 개발은 선진국에서도 경쟁적으로 시도되고 있다. 그러나 기존의 시도는 직조 공정 중에 섬유들이 필연적으로 겪게 되는 장력과 마찰력을 고려하지 않아 실제 직조물을 제조하기가 사실상 불가능했다.
한국전기연구원(KERI) 연구팀의 연구에서는 직조 공정으로 태양전지의 전극을 제조하고, 최종적으로 스크린 프린팅을 통한 프린팅 공정을 적용함으로써 직조기를 이용한 태양전지의 제조를 가능하게 했다.
개발된 기술은 IT기반의 생활편의 증진에 크게 기여할 것으로 예상된다. 웨어러블 기기, 레저용품, 가정, 군에서 활용이 예상되는데, 캠핑장에서 타프와 텐트 등에 태양전지를 이용해 각종 전자기기 전원으로 활용하거나 가정에서 건물 일체형 태양전지나 커튼 등에 적용할 수 있다.
군사용으로는 군용막사, 전투용배낭, 군모 등에 직조형 유연태양전지 기술을 적용해 현장에서 전기를 생산하고 활용할 수 있게 된다.
차승일 전기연 선임연구원은 “이번 개발은 세계최초의 개발성과로서 가장 핵심인 직조 태양전지 구조 개발에 성공했을 뿐 아직까지 밀봉 기술, 전해질 기술, 효율 최적화 기술 등 상품화까지 해결해야 할 과제가 남아있어 개발에 몰두할 것”이라며 “우선 레져용 및 군사용 응용이 가능할 것으로 보이며, 웨어러블, 건물 일체형 태양전지의 요구도 증가하고 있어 다양한 분야의 응용이 가능할 것으로 판단된다”고 전망했다.
이번에 개발된 전지의 효율은 당장 상용화에 충분한 5%대에 달한다. 연구팀은 응용분야에 적합한 후속 연구를 진행, 기술이전을 통해 빠른 시일내 상용화할 예정이다.
한편, 이 기술은 한국에너지기술평가원의 신재생에너지핵심원천기술개발 사업의 지원으로 개발되었으며, 세계적인 학술지 네이처(Nature) 자매지인 사이언티픽 리포트(Scientific Reports) 6월24일자에 소개돼 관련 국내외 연구자들의 눈길을 끌고 있다.
차승일 전기연 선임연구원은 “이번 개발은 세계최초의 개발성과로서 가장 핵심인 직조 태양전지 구조 개발에 성공했을 뿐 아직까지 밀봉 기술, 전해질 기술, 효율 최적화 기술 등 상품화까지 해결해야 할 과제가 남아있어 개발에 몰두할 것”이라며 “우선 레져용 및 군사용 응용이 가능할 것으로 보이며, 웨어러블, 건물 일체형 태양전지의 요구도 증가하고 있어 다양한 분야의 응용이 가능할 것으로 판단된다”고 전망했다.
이번에 개발된 전지의 효율은 당장 상용화에 충분한 5%대에 달한다. 연구팀은 응용분야에 적합한 후속 연구를 진행, 기술이전을 통해 빠른 시일내 상용화할 예정이다.
한편, 이 기술은 한국에너지기술평가원의 신재생에너지핵심원천기술개발 사업의 지원으로 개발되었으며, 세계적인 학술지 네이처(Nature) 자매지인 사이언티픽 리포트(Scientific Reports) 6월24일자에 소개돼 관련 국내외 연구자들의 눈길을 끌고 있다.
