1만번 접었다 펴도 '괜찮아'…접는 페로브스카이트 태양전지

2021.02.14 15:17
부산대-KIST 공동 연구팀, 광전변환효율 15.2% 달성
부산대 제공
국내 연구진이 단일벽 탄소나노튜브(SWNT)가 박힌 폴리이미드(PI)로 이뤄진 투명 전도체 필름(SWNT-PI)를 이용해 폴더블 페로브스카이트 태양전지를 개발하는 데 성공했다. 사진은 투명 전도체 필름 제작 과정으로(위) 표면 거칠기도 대폭 낮췄다(아래). 부산대 제공

1만 번을 접었다가 펴도 성능이 처음과 똑같이 유지되는 폴더블 페로브스카이트 태양전지 기술이 개발됐다.

 

전일 부산대 화학교육과 교수와 이필립 한국과학기술연구원(KIST) 책임연구원 등 공동 연구팀은 휴대용 기기의 전력원으로 활용할 수 있는 폴더블 페로브스카이트 태양전지를 개발했다고 14일 밝혔다. 


페로브스카이트 태양전지는 최근 광전변환효율이 최고 25.2%를 기록하며 새로운 휴대용 기기의 전력원으로 주목받고 있다. 이 정도 광전변환효율은 상용화된 실리콘 태양전지와 맞먹는 수준이다. 또 유연하게 잘 휘어지는 점도 페로브스카이트 태양전지의 장점이다. 

 

다만 지금까지는 페로브스카이트 태양전지의 투명전극 소재로 인듐주석산화물(ITO)이 주로 사용됐는데, 이 소재가 여러 차례 접거나 휘면 깨지기 쉽다는 단점이 있다. 

 

연구진은 ITO를 대체하기 위해 단일벽 탄소나노튜브(SWNT)가 박힌 폴리이미드(PI)로 이뤄진 투명 전도체 필름(SWNT-PI)을 개발했다. 기존에도 단일벽 탄소나노튜브를 이용한 사례가 있었지만, 표면이 거칠어 균일한 층을 형성하기 어렵다는 한계가 있었다. 

 

연구진은 표면을 부드럽게 만들 수 있도록 탄소나노튜브의 틈을 폴리이미드로 채워 표면 거칠기(RMS)가 0.446nm(나노미터·1nm는 10억 분의 1m)인 매우 부드러운 표면을 만드는 데 성공했다. 기존 기술로는 마치 엉킨 머리카락과 같은 구조로 표면이 형성돼 표면 거칠기가 7.040nm였다. 

또 열처리 과정에서 산화몰리브덴(MoO3)을 이용해 단일벽 탄소나노튜브의 도핑 효과를 극대화시켰다. 폴리이미드가 산화몰리브덴과 단일벽 탄소나노튜브를 덮고 있는 구조로 만들어 섭씨 300도의 높은 온도에서도 전기 전도도가 향상되게 만들었다.  

 

이렇게 개발한 SWNT-PI의 두께는 7μm(마이크로미터·1μm는 100만 분의 1m)로, 연구진이 이를 이용해 제작한 폴더블 페로브스카이트 태양전지는 광전변환효율이 15.2%를 나타냈다. 특히 1만 번 반복해서 접어도 성능이 계속 유지됐다. 

 

연구진은 태양전지뿐 아니라 트랜지스터, 발광다이오드(LED) 등 다양한 박막 전자소자에 이를 활용할 수 있을 것으로 전망했다. 

 

연구 결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스’ 8일자에 게재됐다. 

 

메일로 더 많은 기사를 받아보세요!

댓글 0

작성하기

    의견쓰기 폼
    0/150