부산대, 백금 대신 탄소 기반 전극 개발… 섬유형 태양전지 효율 43%↑

부산대학교 연구진이 기존 백금(Pt) 전극을 대체할 수 있는 탄소 기반 신소재 전극을 개발해 섬유형 염료감응 태양전지(FDSSC)의 성능을 크게 끌어올렸다.

부산대(총장 최재원)는 나노에너지공학과 이형우 교수 연구팀이 전량 건식 공정으로 제작 가능한 '코어-시스 구조 탄소나노튜브 섬유 전극(Core-Sheath Carbon Nanotube Yarn, CSCNY)'을 개발하고, 이를 FDSSC에 적용해 기존 백금 기반 장치 대비 43% 이상 향상된 효율을 구현했다고 27일 전했다.

부산대 연구진(왼쪽부터 이형우 오진우 송명관 김영권 우채영). 부산대 제공

연구팀은 수직 배열된 탄소나노튜브(VACNT)를 합성한 뒤 건식 방사(Dry-spinning) 방식으로 단일 CNT 섬유를 제작하고, 이를 다가닥 꼬임 및 CNT 필름 코팅으로 보강한 CSCNY 전극을 완성했다. 이 구조는 내부 응력을 줄이고 뒤틀림·풀림 현상을 억제해 전기적 성능과 내구성을 동시에 확보했다.

그 결과 CSCNY 전극을 적용한 FDSSC는 최대 6.25%의 광전변환효율(PCE)을 기록, 기존 백금 전극 대비 개방전압(VOC)과 충진률(FF)이 모두 개선됐다. 특히 실제 섬유 구조물에 적용해 전자기기 전원으로 구동하는 데 성공했으며, 450회 이상 굽힘 시험과 200시간 이상 장기 구동에서도 안정적인 출력을 유지했다.

이형우 교수는 "건식 공정만으로 고효율·고유연성·고내구성의 탄소 기반 태양전지 전극을 구현한 것은 큰 의미가 있다"며 "향후 플렉서블 전자소자, 스마트 의류, 웨어러블 센서 전원 등 다양한 분야로 응용이 가능할 것"이라고 말했다.

이번 연구는 부산대 이형우·오진우 교수, 한국재료연구원 송명관 박사가 공동 교신저자로 참여해, 김영권 박사과정생과 우채영 박사후연구원이 공동 제1저자로 이름을 올렸다.

과기정통부와 한국연구재단 지원을 받아 수행됐으며, 국제학술지 'Small Structures' 7월 30일 자에 게재됐다.

영남취재본부 조충현 기자 jchyoung@asiae.co.kr