100번 접었다 펴도 안정적으로 작동하는 '유기 태양전지'가 개발됐다.
접어서 휴대하는 태양전지나 각종 웨어러블 전자기기의 전원용 태양전지를 쓸 날이 한층 가까워졌다.
UNIST(총장 정무영) 에너지 및 화학공학부의 양창덕 교수팀은 고무처럼 잘 늘어나는 '실리콘 기반의 고분자'를 활용해 '고유연성 유기 태양전지'를 만드는 데 성공했다.
이번에 개발한 태양전지는 모든 요소가 고분자로 이뤄져 잘 휘어지고 늘어난다. 또 100번을 접었다 펴도 기존 효율을 90%까지 유지할 정도로 안정성도 뛰어났다.
유기 태양전지는 기존의 실리콘 태양전지(무기 태양전지)보다 싸고 쉽게 만들 수 있어 차세대 태양전지로 꼽힌다.
특히 가볍고 잘 휘어져 휴대하거나 착용하는 전자기기에 적용할 미래형 태양전지로도 주목받고 있다. 상용화 가능한 수준인 10% 효율은 이미 달성한 상태라, 과학자들은 실제로 적용할 때 문제점을 하나씩 해결하고 있다.
이번 연구에서 양창덕 교수팀은 유기 태양전지의 유연성을 제대로 살릴 방법을 찾았다.
기존에 발표된 유기 태양전지의 경우, 태양빛을 직접 흡수해 전류를 만드는 '광활성층'과 기판이 되는 'ITO(인듐 주석 산화물) 투명전극'이 쉽게 깨질 수 있다.
따라서 실제로 접거나 구기면 파손되거나 효율이 떨어질 가능성이 있었다.
연구진은 기존 유기 태양전지의 구조를 유지하면서 유연성을 높이는 방법을 찾았다.
우선 딱딱한 광활성층에는 첨가제를 넣어 유연하게 만들고, ITO 기판은 다른 유연한 물질로 대체했다.
개발한 첨가제로 제작한 유기 태양전지는 6.87%의 효율을 달성했으며, 100번 굽혔다 펴도 90% 이상 그 효율을 유지했다.
광전변환 성능과 기계적인 안전성을 분석한 결과 첨가제가 기존 광활성층 물질에 적절히 섞이면서 효율을 유지하고 신축성도 높인다는 게 확인됐다.
김미영기자 myidaho@