종이처럼 인쇄하는 '유연 유기태양전지' 개발

[파이낸셜뉴스] 국내 대학과 기업의 연구진이 공동으로 종이에 인쇄하듯이 유기 태양전지를 인쇄하는 모듈을 개발했다. 기존 유기태양전지에 사용하는 소재에 비해 쉽게 제작이 가능하고 생산비용도 저렴해 상용화로 빠르게 이어질 가능성이 높아졌다.

건국대학교 공과대학 화학공학부 문두경 교수 연구팀이 ㈜코오롱인더스트리·코오롱미래기술원과 공동으로 인쇄공정에 의한 차세대 비풀러렌계 유연 유기 태양전지 모듈을 개발했다고 22일 밝혔다.

차세대 태양 전지로 부각되고 있는 유기 태양전지를 상용화 하기 위해서는 넓은 면적으로 만들고 유연하며 탈 증착 공정이 필요하다. 또한 에너지효율이 높지만 제작공정이 까다롭고 생산 단가가 비싼 플러렌계 소재를 이용해 태양전지를 만들어야 한다.

문 교수 연구팀은 이를 극복하기 위해 자체 연구 개발된 비풀러렌계 도너 소재(SMD2)와 HTL소재(OLED용 유기소재)를 도입했다. 또한 세계 최초로 원단이나 필름에 일정한 두께로 코팅하는 슬롯다이코팅 기법만으로 유연 유기 태양전지 모듈을 만들었다. 이를 통해 유기 태양전지 상용화의 큰 난제였던 비(非)풀러렌계 소재의 면적을 크게 넓히는 과정에서 발생되는 효율과 안정성 감소를 성공적으로 극복했다.

건국대 문 교수팀이 자체 개발한 소재를 이용해 코오롱인더스트리㈜의 유기 태양전지 생산 라인에서 제조된 80㎠의 대면적 유연 모듈은 효율 5.25%에 419.6 mW의 출력을 나타냈다. 이는 생산단가를 낮춰 제작할 수 있는 결과로, 유기 태양전지의 상용화를 한층 앞당길 수 있을 것으로 보인다.

건국대 문두경 교수팀은 최근 한계극복형 알키미스트 프로젝트로 투명 유기 태양전지 연구과제에 선정되면서 유기 반도체 소재와 소자 연구 분야에서 신기술을 선도하는 연구결과를 지속적으로 발표하고 있으며 유기 태양전지 분야 최고 연구기관으로 주목받고 있다.

문두경 교수는 "이번 연구결과는 최근 화두가 되고 있는 한일간 소재 원천기술 경쟁과 소재 국산화 등의 이슈 가운데 얻은 결과로 더욱 의미 있다"며 "앞으로 휴대용 충전기, 차량용 태양전지, 건물일체형 태양전지 등 다양한 분야에 적용이 가능할 것으로 전망된다"고 말했다.

이번 연구결과는 재료공학 및 물리화학분야 상위 2%이내 국제 학술지인 '어드밴스드 에너지 머티리얼즈' 2019년 42호 표지 논문으로 선정됐다.

이번 연구는 건국대 한용운 박사와 전성재 박사가 공동 제1저자, 이형석 석사과정, ㈜코오롱인더스트리·코오롱미래기술원 박홍관 책임연구원, 김광수 책임연구원과 제주대학교 이호원 교수가 공동저자로 참여했다.

[e-mail] 김만기 기자