태양전지도 ‘폴더블폰’처럼 접힌다…1만번 접어도 성능저하 無

- 한·일 공동연구진, 폴더블 페로브스카이트 태양전지 개발

- 차세대 휴대용 에너지원 활용 기대

폴더블 페로브스카이트 태양전지의 유연성.[부산대학교 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 한‧일 공동연구진이 폴더블폰처럼 유연하게 접히는 차세대 ‘페로브스카이트’ 태양전지 제조기술 개발에 성공했다.

한국연구재단은 부산대학교 전일 교수, 한국과학기술연구원(KIST) 이필립 박사, 미국 펜실베니아주립대 윤정진 박사 연구진이 일본 도쿄대학교 마루야마 시게오 교수와 공동연구를 통해 탄소나노튜브-폴리이미드로 구성된 투명전도성 필름을 개발하고 이를 적용한 접을 수 있는 태양전지를 제안했다고 14일 밝혔다.

페로브스카이트 태양전지는 광전변환효율이 높고 유연화할 수 있어 휴대용 전력원으로 주목받고 있다. 지만 접거나 구부릴 수 있는 휴대용 디바이스의 전원으로 활용하려면 하부 투명전극의 유연성을 높여야만 한다. 탄소나노튜브는 유연성과 투명성을 동시에 지닌 좋은 전극 후보 물질이지만, 내부의 빈 공간들과 거친 표면 때문에 하부 전극으로 활용하는 데 어려움이 있었다.

연구팀은 그물 형태의 탄소나노튜브의 빈틈과 거친 표면을 폴리이미드로 보완한 투명전도체를 개발했다. 폴리이미드가 빈틈을 매우고 거친 표면을 매끄럽게 유도해 유연하고 투명한 탄소나노튜브의 장점을 살리되 단점은 보완한 것.

실제 이를 적용해 제작한 접을 수 있는 폴더블 페로브스카이트 태양전지는 기존에 보고된 탄소나노튜브 기반 유연 태양전지 중 최고 수준 광전변환효율인 15.2%를 구현했다.

또 1만회 반복 굽힘 사이클 후에도 성능이 처음과 동일하게 유지되는 높은 유연성을 보였다.

탄소나노튜브-폴리이미드 투명 전도성 복합체 제작 및 표면 거칠기 특성.[부산대학교 제공]

한편 전기전도도 향상을 위해 첨가한 몰리브데넘삼산화물(MoO3)은 산소가 차단된 고온 조건에서 그 효과가 극대화된다. 탄소 나노튜브를 감싸는 본 전도체 필름의 구조와 열 안정성 덕분에 추가적인 작업 없이 전극의 전기전도도 향상 효과가 극대화됐다.

윤정진 박사는 “극한의 구부림이나 접히는 상황이 필요한 웨어러블, 휴대용 디바이스의 전력원으로 활용될 수 있다”면서 “이를 위해 탄소 나노튜브 튜명전극의 대면적화 기술과 페로브스카이트 태양전지의 대면적화 기술, 이들의 안정적 구동을 위한 디바이스의 패키징 기술이 밑받침돼야 한다”고 말했다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 선도연구센터사업, 기후변화대응기술개발사업 및 글로벌프론티어사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스’에 2월 8일자로 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com

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