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유리창문과 태양전지의 '행복한 동거'

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플라스틱에 옮기면 '입고 다니는 전력 공급원' 가능

▲이번에 개발한 반투명 유기태양전지를 통해 벚꽃을 보여주고 있다.[사진제공=아주대]

▲이번에 개발한 반투명 유기태양전지를 통해 벚꽃을 보여주고 있다.[사진제공=아주대]

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[아시아경제 정종오 기자]은 나노와이어를 활용한 반투명 전지가 탄생했다. 창문으로 활용 가능한 반투명 태양전지가 개발됐다. 창문으로 이용하면 가시광선을 전기 에너지로 바꿔 집안의 불을 켜거나 휴대폰 충전을 할 수 있다. 또 플라스틱 재질에 관련 기술을 옮기면 웹어러블 전지가 돼 입고 다니면서 MP3, 휴대폰 등 전자기기를 충전할 수 있다.

이순일 아주대 교수 연구팀이 은 나노와이어를 활용한 투명전극으로 반투명 유기태양전지를 만드는데 성공했다.
최근 구부러지는 휴대폰 등 유연한 형태의 전자기기 상용화에 관심이 높아지고 있다. 여기에 적합한 투명전극 물질을 찾는데 학계와 산업계가 경쟁적으로 뛰어들고 있다. 현재 산업계에서 디스플레이나 태양전지와 같은 광전소자를 만드는 데 쓰이는 투명전극 물질은 인듐주석산화물(이하 ITO)이 유일하다. ITO는 제작에 있어 고비용의 진공 공정이 필요하다. 또 조금만 휘어도 잘 깨지는 단점이 있다. ITO 대체재 중 하나로 떠오르고 있는 그래핀도 고온 진공장비를 이용한 공정이 필수적이라는 단점이 있다.

이 교수팀은 은 나노와이어를 망상구조(Network Structure) 형태로 만든 투명전극을 음(陰)극으로 사용해 유기태양전지를 구현해 냈다. 나노 수준의 은 전선들이 얼기설기 그물망 형태로 얽혀있는 구조(망상구조)는 빈 공간이 많아 투명하면서도 우수한 전도성을 보이기에 최적이었다.

이 교수팀은 2010년에 탄소나노튜브 투명전극을 만들어 유기태양전지에 적용한 기술을 가지고 있다. 이번에 새로 개발된 은 나노와이어 투명전극은 특성이 20배 이상 향상된 것이다. ITO와 대등한 전기·광학적 특성을 보인다. 이러한 일차원 나노재료 기반 투명전극 제작에는 나노재료의 분산, 분사·회전 도포 등에는 용액공정이 사용됐다. 또 태양전지의 양극과 음극만이 아니라 두 전극 사이의 다양한 기능 층들의 형성에도 모두 용액공정만을 이용했다. 용액 공정은 고가의 진공장비를 전혀 사용하지 않기 때문에 생산 단가를 획기적으로 낮출 수 있다.
이 교수는 "은 나노와이어를 이용한 태양전지는 유연하고 반투명이기 때문에 사용할 수 있는 곳이 아주 많다"며 "이번에 개발된 태양전지는 가시광선을 전기로 바꾸는데 효과적이고 적외선을 잘 흡수하는 다른 태양전지를 겹쳐 사용하면 모든 파장의 태양광 에너지를 전기로 전환할 수 있다"고 말했다. 유리 창문이 곧 태양전지가 될 수 있는 셈이다.

이번 연구결과는 '용액공정만이 적용된 은 나노와이어 음극과 전도성 고분자 양극을 갖는 반투명 유기태양전지(Fully Solution-Processed Semitransparent Organic Solar Cells with a Silver Nanowire Cathode and a Conducting Polymer Anode)'라는 논문으로 나노분야의 학술지 'ACS NANO' 3월호에 실렸다.




정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr
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