국내연구진 "태양전지 효율 높이는 미세전극 인쇄 기술 개발"

by오희나 기자
2015.12.30 17:47:57

신동윤 부경대 교수

[이데일리 오희나 기자] 한국연구재단은 국내 연구진이 정전기를 이용해 태양전지 효율을 크게 향상시킬 수 있는 미세전극 인쇄 기술을 개발하는 데 성공했다고 30일 밝혔다.

신동윤 부경대 교수 연구팀은 미세 전극을 태양전지에 인쇄하기 위한 차세대 공정 및 소재에 대한 연구를 미래창조과학부와 한국연구재단이 지원하는 기초연구사업(지역대학우수과학자)을 통해 수행했다.

이번 연구결과는 세계적 권위의 과학 학술지인 사이언티픽 리포트(Scientific Reports) 11월 18일자 온라인판에 게재됐다.

태양전지 전극은 태양전지를 최소한으로 가려 태양빛을 많이 받을 수 있게 미세할수록 유리하다. 미세 전극은 기존에 주로 스크린인쇄 방식을 사용해 태양전지에 인쇄했다. 그러나 이 방법은 인쇄 시 가해지는 압력으로 인해 점점 얇아지는 추세의 태양전지를 깨지게 하기 쉬운 단점이 있다.

이를 극복하기 위해 최근에는 마치 치약 짜듯, 전극 소재를 미세한 노즐 구멍을 통과시켜 태양전지에 살짝 올려놓는 ‘비접촉 디스펜싱’ 인쇄 기술 개발이 활발히 이뤄지고 있다. 그러나 이 때 전극 소재가 너무 묽으면 태양전지 표면에 퍼져버리고, 너무 뻑뻑하면 태양전지에 잘 밀착되지 못한다.

연구진은 전극소재가 통과하는 미세 노즐에 (+) 전극을 연결하고 태양전지에 (-) 전극을 연결해, 노즐을 통해 만들어지는 전극이 정전기의 힘에 의해 태양전지에 밀착되도록 했다.



이번 기술을 이용하면 치약보다 뻑뻑한 농도의 전극도 요철이 형성된 태양전지 표면에 들뜨는 부분 없이 우수하게 밀착되는 것을 확인했다.

태양전지와 전극의 접합도가 향상됨으로 인해 미세 전극 간의 전기적 성능차가 줄어들고 햇빛을 통해 생성된 전기가 전극으로 쉽게 수집되어 태양전지의 효율 또한 향상됐다.

이번 연구에서는 태양전지 효율이 13.7%에서 17.2%로 3.5%p 상승했다.

태양전지 전극의 차세대 인쇄기술에서 발생하는 문제점을 일상생활에서 흔히 접하는 정전기를 응용함으로써 저비용으로 해결할 수 있음을 입증했다.

이번 연구결과를 차세대 태양전지 생산기술에 접목함으로써, 국내 태양전지용 전극소재 및 장비, 그리고 태양전지의 기술 경쟁력을 세계적 수준으로 높일 수 있을 것으로 기대된다.

신동윤 교수는 “깨지기 쉬운 실리콘 태양전지에 힘을 가하며 전극을 인쇄하는 방법을 대체하기 위한 차세대 미세전극 인쇄공정 및 소재를 이번 연구를 통해 개발함과 동시에 전극이 탈락하는 문제점을 해결함으로써 한국의 태양전지 기술 경쟁력을 한층 높일 수 있을 것으로 기대한다”라고 연구의 의의를 밝혔다.

차세대 태양전지 미세전극 소재 및 재료. 정전기력을 응용할 경우 전극과 태양전지 간의 밀착력이 향상될 뿐만 아니라, 태양빛을 통해 발생한 전기를 손쉽게 수집할 수 있어서 태양전지의 효율이 증대되는 효과가 있다.