종이접기 활용한 3D프린팅 기술로 태양전지 성능 대폭 향상

향후 3D 프린팅 의류 및 웨어러블 소자 적용 기대

3D 프린팅을 활용한 고 신축성 태양전지 모듈 제작 공정과 제작된 고 신축성 페로브스카이트 태양전지 모듈 및 반복 인장 특성

[아시아경제 김철현 기자] 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 광전하이브리드연구센터 이필립 박사, 조만식 박사, 한양대학교 고민재 교수 공동 연구팀이 전도성 나노물질을 활용한 3D 프린팅 기술과 종이접기 기술을 융합해 집적도 및 신축도에 대한 자유로운 제어가 가능한 고신축성 페로브스카이트 태양전지 모듈을 개발했다고 21일 밝혔다.

연구진은 3D 프린터 공정과 종이접기 기술을 활용해 신축성을 가지는 태양전지 연결부를 3차원상에 효율적으로 배치했다. 이를 통해 만들어진 페로브스카이트 태양전지 모듈은 100%에 가까운 태양전지 집적도를 달성해 태양전지 소자로 기판을 가득 채울 수 있었다. 또한 초기 상태 대비 5배까지 늘어나도 문제가 없었다. 제작된 페로브스카이트 태양전지 모듈은 5배로 늘이는, 1000번의 반복적인 인장 시험에서도 초기의 성능을 유지했다.

이는 기존에 발표된 반도체 공정 혹은 2차원 기반 인쇄공정으로 제작된 기존 신축성 소자와 비교해 월등한 집적도 및 시스템 신축성을 동시에 달성한 결과이다. 공동 연구팀이 도입한 접근법을 활용하면 3차원 배치에 따라 집적도 및 신축도를 한계 없이 늘리는 것이 가능하다.

이필립 박사는 "이번 성과는 3D 프린팅 기술과 에너지 소자와의 융합을 통해 기존 2차원 기반의 소자가 갖는 한계를 극복하는 접근법을 제시한 것"이라며 "앞으로 태양전지 유연화 및 경량화, 3차원 설계기술 제어, 그리고 형상기억 고분자 기술과의 융합을 통해 시너지를 낼 수 있을 것"이라고 밝혔다.

김철현 기자 kch@asiae.co.kr