태양전지, 페인트처럼 칠해서 만든다

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 태양전지 소재를 페인트처럼 만들어 건물이나 자동차 등 원하는 공간에 칠하는 방식으로 쉽게 만들고, 전기를 자급자족하게 할 실마리를 제시했다. 이 기술이 상용화되면 세계 에너지 빈곤층에 저가의 친환경에너지를 공급하고, 도심 건물에 태양광 설치를 위한 공간 활용도 쉽게 할 수 있다..

한국과학기술연구원(KIST)은 손해정 광전하이브리드연구센터 박사팀이 용액 공정상에서 유기태양전지 소재의 작은 면적과 큰 면적에서 필름 형성 기작의 차이점을 알아내고, 공정 기술상 문제를 해결해 높은 효율의 유기태양전지를 크게 만들 수 있는 기술을 개발했다고 27일 밝혔다.

한국과학기술연구원의 손해정 박사팀은 스핀코팅을 활용한 용액공정 방식으로 대면적의 고효율 태양전지 기술을 구현했다.<사진=한국과학기술연구원>

연구팀이 태양전지 소재의 용액을 코팅하는 방식을 이용한 태양전지 생산 기술에 주목했다. 용액공정 태양전지는 전기를 생산하는 활성 영역이 0.1㎠ 이하로 실험실 수준에 머물러 있다. 전력생산이 가능한 넓은 면적에 적용하기 위해선 소재와 공정 한계에 따른 태양전지의 성능감소와 재현성 문제를 해결해야 했다.

손해정 KIST 박사팀은 상용화된 유기 소재가 쉽게 결정화되는 성질을 지녀 대면적 용액공정에 부적합하다는 사실을 확인했다. 산업용으로 쓰이는 대면적 용액공정은 태양전지 소재가 녹아 있는 용매가 증발해 필름이 형성되는 속도가 느리다. 따라서 뭉침과 같은 현상이 일어나 태양전지의 효율이 떨어진다.

반면 실험실 연구 단위에서 쓰이는 작은 면적용 공정인 스핀 코팅 방법의 경우 필름 형성 과정에서 필름을 빠르게 회전시켜 용매의 증발을 빠르게 하기 때문에 이러한 문제 없이 고효율의 필름을 형성할 수 있다.

이에 연구팀은 대면적 용액공정 방식에서 코팅 공정 후 용매의 증발속도를 제어해 태양전지 성능에 최적화된 필름을 형성하고, 고성능 대면적 유기태양전지를 개발했다. 그 결과, 기존 보다 태양전지 광전변환효율이 30% 상승한 9.6%의 고효율 대면적 유기태양전지 기술을 구현했다.

손해정 박사는 “고품질 대면적 용액공정이 가능한 태양전지 소재의 핵심 디자인 원리를 제안해 향후 용액공정 태양전지 개발이 가속화될 것으로 예상한다”며 “차세대 용액공정 태양전지의 고효율화뿐 아니라 상용화에 필요한 대면적 제조를 위한 태양전지 소재 핵심기술를 개발한 것”이라고 말했다.

연구 결과는 에너지 분야 국제학술지 ‘나노에너지(Nano Energy)’ 최신 호에 게재됐다.