유연하고 효율 높은 '태양전지' 개발.. 롤투롤로 제작

가볍고 유연하면서 넓은 면적 제작가능 태양전지 개발
빠르게 인쇄가능한 롤투롤 공정 최초로 파일럿 스케일 기술 개발
웨어러블, 자동차, 건물 등에 적용 기대

[아시아경제 황준호 기자] 착용형 기기(웨어러블), 건물, 자동차 등에 활용할 수 있는 페로브스카이트 태양전지 기술이 개발됐다. 유연하면서도 세계 최고 수준의 효율성을 가진 페로브스카이트 전지를 개발할 수 있는 기술이다. 특히 이 전지는 신문을 인쇄하는 방식으로 대량 생산할 수 있어, 페로브스카이트 전지 상용화에 기여할 것으로 예상된다.

한국화학연구원의 페로브스카이트 태양전지 연구팀(서장원 책임연구원, 신성식 선임연구원, 정재훈 전 박사후연구원)은 유연하고 효율성 높은 태양전지를 개발해 관련 연구 논문이 국제 학술지인 에너지 및 환경과학회지에 최근 실렸다고 17일 밝혔다.

유연하고 세계 최고 수준의 효율 갖춘 태양전지 기술 개발

연구팀은 페로브스카이이트 전지를 유연하게 구성할 수 있는 기술을 개발했다. 전자가 이동하는 전자수송층을 이중 층으로 만드는 구조를 개발한 것이다. 상대적으로 작은 주석산화물(SnO2) 입자가 촘촘히 들어간 첫 번째 층을 구성하고, 그 위에 입자가 큰 주석 아연산화물(Zn2SnO4) 입자가 듬성듬성하게 있는 다공성 구조로 두 번째 층을 만들었다.

울퉁불퉁한 이같은 구조는 페로브스카이트 층에서 생성된 전자를 더욱 원활하게 이동할 수 있도록 한다. 또 페로브스카이트 층 속 결정이 크고 고르게 자랄 수 있도록 한다. 페로브스카이트 물질의 결정이 크고 고를수록 전자가 잘 이동할 수 있어 태양전지의 효율이 높아진다.

연구팀은 이 기술을 활용하면서 대면적(20x20㎠)으로 페로브스카이트 태양전지를 구현하는 것도 성공했다. 이 전지의 효율은 20.7%에 달한다.

태양전지 인쇄방식으로 생산한다

또한 이 연구팀의 서장원 책임연구원과 김영윤 선임연구원은 유연한 페로브스카이트 태양전지를 빠르고 쉽게 대량 생산할 수 있는 롤투롤 공정 기술도 개발했다. 특정 패턴이 새겨진 금속 프린터에 잉크를 묻혀 인쇄하는 방법인 그라비아 프린팅을 활용한 기술이다. 페로브스카이트 태양전지에 이 프린팅 기법을 적용한 것은 이번이 처음이다. 연구팀은 또 인체에 무해하면서도 공정시간 변수에 크게 구애받지 않는 새로운 비용매(삼차부틸알코올)를 개발해 이같은 공정이 가능하도록 했다. 관련 논문은 네이처 커뮤니케이션스에 최근 실리기도 했다.

서장원 연구원은 "현재 유연 태양전지의 세계최고효율은 무기박막 태양전지에서 얻은 20.8%(스위스 EMPA) 정도"라며 "이번 연구는 이와 비교할만한 우수한 성과"라고 밝혔다. 이어 "유연 페로브스카이트 태양전지는 롤투롤 용액 공정으로 만들 수 있어 저렴하고 가벼우며 곡선에도 부착할 수 있다는 장점이 있다"라며 "향후 자동차, 휴대용 전자기기 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr