"저렇게 큰 태양전지가 휘어져?"…차세대 태양광, '대면적화' 고지 넘었다

GIST, 500㎠ 이상 대면적 차세대 태양전지 제작 성공

대면적 유연 유기 태양전지 모듈 구조 모식도 (왼쪽) 및 실제 사진 (오른쪽). 사진제공=GIST

[아시아경제 김봉수 기자] 국내 연구진이 휘어지면서도 고효율로 전기를 생산하는 차세대 태양전지의 상용화에 또 한 걸음 다가섰다. 기존 실리콘 태양전지를 대체할 차세대 태양전지인 ‘유기 태양전지’ 상용화에 기여할 고효율 대면적 모듈 필름을 제작하는 데 성공한 것이다. 필름 크기가 커질수록 효율이 감소하는 기존 한계를 극복하고 대면적 플렉서블(flexible) 유기 태양전지의 상용화를 앞당길 수 있는 연구 성과로 평가된다.

광주과학기술원(GIST)은 강홍규 박사, 이광희 교수 연구팀이 유연한 투명전극 기판 위에 500㎠ 이상 대면적 크기의 고효율 유기 태양전지 모듈 필름 제작기술을 개발했다고 28일 밝혔다.

기존 유기 태양전지 연구는 대부분 값비싸고 딱딱한 인듐주석산화물(ITO) 투명전극 유리기판(약 1㎠) 위에 제작한 작은 셀(cell) 단위 수준에서 이루어져 왔다. 대면적이면서 유연한 모듈 관련 연구가 일부 있었지만, 모듈 크기가 커지고 유연해질수록 매우 낮은 모듈 효율을 보여 상용화에 어려움을 겪고 있다.

연구팀은 희토류 인듐이 포함되지 않은 유연 투명전극 필름에서, 용액이 잘 퍼지지 않는 소수성(疏水性) 표면 특성이 태양전지 물질의 나노박막 불균일도를 유발하는 것을 발견했다. 이를 해결하기 위해 친수성(親水性) 산화물층을 도입하여 표면 젖음성을 크게 개선함으로써 균일한 대면적 나노박막을 형성했다.

연구팀이 제작한 모듈 필름은 528㎠ 크기에서 7.67%의 효율을 나타냈다. 인쇄 기반 플렉서블 유기 태양전지 모듈 필름으로 500㎠ 이상의 대면적 필름이 학계에 보고된 사례는 이번 연구가 처음이다.

강 박사는 “이번 연구는 유기 태양전지 상용화의 가장 큰 걸림돌인 태양전지 물질의 나노박막 불균일도를 해결하고 높은 수준의 에너지 변환 효율을 갖는 유연한 대면적 모듈을 구현했다는 데 의의가 있다”며 “별도 부지 없이도 다양한 응용 분야에 필름 형태로 적용이 가능한 유기 태양전지의 상용화를 앞당겨 주민친화형 태양전지가 확산될 수 있도록 추진할 계획”이라고 말했다.

이번 연구 결과는 'Energy & Fuels' 분야 상위 약 4% 학술지인 ‘어드벤스드 에너지 메터리얼즈(Advanced Energy Materials, IF: 29.368)’ 에 지난 16일 온라인 게재됐다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr