태양전지…옷감처럼 베틀에서 짜낸다

한국전기연구원 '짜내는 태양전지' 개발

▲옷감처럼 짜내는 태양전지가 개발돼 관심을 모으고 있다.[사진제공=한국전기연구원]

[아시아경제 정종오 기자]태양전지를 마치 옷감을 짜내듯 만들 수 있는 기술이 우리나라에서 개발됐다. 광합성 작용을 본 따 전기를 발생시키는 태양전지를 옷감처럼 베틀에서 짜낼 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 최초로 개발된 것이다.

미래창조과학부 산하 전기전문연구기관 한국전기연구원(원장 김호용)은 21일 차승일·이동윤 나노융합기술연구센터 박사팀이 차세대 태양전지 기술의 하나인 직조형(옷감형) 염료감응 태양전지를 개발하는데 성공했다고 발표했다.

몸에 착용이 가능한 웨어러블 기기(Wearable Device)가 차세대 핵심 기술과 산업으로 떠오르고 있다. 지난해 구글이 '구글 글래스'를 출시한 데 이어 올 초 세계적 가전쇼에서 삼성, 소니, 퀄컴 등이 시계형과 밴드형 기기를 앞다퉈 공개했다. 스마트안경, 스마트시계, 스마트팔찌, 스마트신발 등이 웨어러블을 대표하는 기기들이다.

웨어러블 응용분야도 군사, 소방 등 특수한 목적을 가진 것부터 생활보조, 건강관리, 인포테인먼트, 인간능력 향상 등으로 점점 확대되고 있다. 웨어러블 기기에 필요한 전력을 공급해줄 수 있는 효과적 전력원의 개발이 주목받고 있는 배경이다. 이번에 개발된 기술은 웨어러블 기기의 자체 전력원으로서 하나의 대안이 될 것으로 기대된다.

개발된 직조형 태양전지는 염료 감응형 태양전지 기술을 기반으로 했다. 금속과 세라믹 섬유를 이용해 태양전지의 전극(음극과 양극) 구조를 옷감처럼 직조공정을 통해 베틀(직조기)로 짜내고 스크린 프린팅의 공정으로 광전극과 염료를 프린팅해 옷감 형태의 태양전지를 완성했다.

직조형 태양전지는 옷감처럼 유연하고 부드럽다. 옷감과 마찬가지로 재봉과 재단이 가능한 특징을 가지고 있다. 또 사용 환경과 응용 대상에 따라서 여러 가지 패턴(무늬)을 적용해 제작할 수 있는 특성을 갖는다. 기존의 면, 실크, 팰트 등의 천에 직조 공정으로 제조된 전극을 재봉해 부착(부착형)하거나 기존 옷감을 제조할 때 태양전지를 삽입(옷감 삽입형)할 수 있다. 모두 직조로만 제조(직조형)하는 등 다양한 형태로 제조할 수 있어 응용 범위와 가능성이 크다.

현재 옷감형태의 태양전지 개발은 선진국에서도 경쟁적으로 도입되고 있다. 기존의 시도는 직조 공정 중에 섬유들이 필연적으로 겪게 되는 장력(당기는 힘)과 마찰력을 고려하지 않아 실제 직조물을 제조하기가 사실상 불가능했다.

이번에 개발된 기술은 IT기반의 생활편의 증진에 크게 기여할 것으로 예상된다. 현재 웨어러블 기기는 대개 구글 글래스 등 안경이나 삼성 기어 등 시계의 형태를 취하고 있는데 안경밴드나 시계줄 등에 이 기술을 적용해 기기 전원으로 활용할 수 있다. 최근 레져 활동의 대세인 캠핑에서도 유용하다. 현재 캠핑장에서 이용할 각종 전자기기를 위해 무거운 배터리를 따로 들고 가거나 캠핑장의 부족한 전원을 활용하는데 타프와 텐트 등에 적용된 태양전지를 이용하면 캠퍼들의 짐 부담을 줄일 수 있다. 가정에서도 건물 일체형 태양전지나 커튼 등에 적용할 수 있다.

차승일 선임연구원은 "이번에 개발된 태양전지는 직조 구조를 제대로 활용한 것으로 세계 최초"라며 "앞으로 밀봉 기술, 전해질 기술, 효율 최적화 기술 등 상품화까지 해결해야 할 과제는 남아 있다"고 말했다. 그는 "가장 핵심인 직조 태양전지 구조 개발에 성공했기 때문에 남아 있는 기술적 문제는 응용 범위와 연계해 개발해 나갈 예정"이라며 "우선 레져용과 군사용 응용이 가능할 것으로 보이며 웨어러블 시장이 본격적으로 형성되고 있고 건물 일체형 태양전지의 요구도 증가하고 있어 다양한 분야의 응용이 가능할 것으로 판단된다"고 덧붙였다.

한편 이번에 개발된 전지의 효율은 당장 상용화에 충분한 5%대에 달한다. 또 인체에 무해하도록 안전장치가 마련돼 있다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr