고체 전해질 활용 세계 최고 효율 수준 고체섬유형 태양전지 개발

▲세계 각 기관에서 개발한 섬유형 태양전지의 광전효율. (사진제공=재료연구원)

재료연구소(KIMS)는 표면기술연구본부 에너지융합소재연구센터 송명관 박사 연구팀이 창원대학교 생물화학융합학부 안철진 교수 연구팀과 함께 염료 감응형(dye-sensitized solar cell) 태양전지의 핵심소재인 고체 전해질을 개발하고, 이를 이용해 세계 최고 성능의 고체섬유형 태양전지를 개발하는 데 성공했다고 22일 밝혔다.

이번에 개발한 기술은 기존에 많이 사용하고 있는 태양전지의 핵심소재인 액체 전해질 대신 고체 전해질을 대량으로 합성해 롤투롤 공정이 가능한 고체 타입의 섬유형 태양전지를 제작할 수 있는 기술이다.

기존의 액체 전해질은 누수가 심해 태양전지의 안정성과 광전효율을 급격히 떨어뜨리는 단점이 있었다. 연구팀은 이를 보완하고자 태양전지에 알맞은 고체 전해질 소재 개발에 집중했다. 연구팀은 프로필렌카보네이트 용액과 액상형 고분자 접착제(OCR)를 잘 섞어 필름화를 시킨 후 필름화된 고체 전해질을 템폴(TEMPOL) 유도체에 침지화하는 방법을 사용했다. 그 결과 고체섬유형 태양전지의 광전효율(PCE)을 세계 최고 수준인 6% 이상으로 얻을 수 있었다.

▲섬유형 태양전지의 단면과 실제 섬유형 태양전지의 모습. (사진제공=재료연구원)

고체 타입의 섬유형 태양전지 산업은, 기존의 실리콘 태양전지에 비해 저렴한 비용과 가공의 용이성, 소재의 유연성과 다양성 등의 강점을 갖는다. 이에 웨어러블(wearable), 프린터블(printable) 시장 등 미래의 새로운 용도를 이끌어갈 유비쿼터스 태양전지 시대를 선도할 것으로 예상한다. 재료연은 이 기술이 향후 섬유 전자산업을 선도할 초석이 될 것으로 기대한다.

송명관 책임연구원은 “저비용 및 고효율 고체 타입의 섬유형 태양전지를 제작할 수 있는 기술로, 향후 배터리와 같은 에너지 저장장치와 접목해 다양한 휴대용 전자기기의 전원공급 장치로 사용할 수 있을 것으로 기대하고 있다”고 말했다.

연구 결과는 그린 화학, 엔지니어링, 2차 전지 등 화학 소재 및 에너지 분야의 세계적인 학술지인 에이씨에스 서스테이너블 케미스트리 앤 엔지니어링(ACS Sustainable Chemistry & Engineering)에 표지논문으로 10월 12일 자로 게재됐다.