유기태양전지를 넓게 만들어도 효율 그대로

UNIST-KIST, 58.5㎠의 유기태양전지 제작
넓은 면적임에도 11.28% 전력변환 효율 기록
소재들의 뭉침현상 제어해 매끄러운 표면 유지

울산과학기술원(UNIST) 화학과 김봉수 교수팀과 한국과학기술연구원(KIST) 차세대 태양전지 연구센터 손해정 박사팀이 함께 만든 58.5㎠ 면적의 유기태양전지. UNIST 제공

[파이낸셜뉴스] 울산과학기술원(UNIST) 화학과 김봉수 교수팀은 한국과학기술연구원(KIST) 차세대 태양전지 연구센터 손해정 박사팀과 함께 넓은 면적의 유기태양전지 전력변환 효율을 11.28%까지 끌어올렸다. 연구진은 태양전지의 효율이 떨어지게 만드는 뭉침현상을 제어하는 기술을 개발해 58.5㎠에 달하는 넓은 면적의 유기태양전지를 만들었다.

유기태양전지는 실리콘태양전지와 달리 용액공정이 가능하고, 가볍고, 유연하고, 반투명하게 만들 수 있다. 때문에 현재 상용화된 실리콘 태양전지보다 응용 분야가 넓을 것으로 보인다. 특히 건물외벽이나 창문, 자동차 외부 등 다양한 공간에 유기태양전지를 설치할 수 있다.

또 소재나 제조공정 비용이 적게 들 것으로 예상돼 벽에 프린팅하듯 태양전지를 설치하고 사용중 하자가 생기면 벗겨내고 다시 설치할 것으로 전망하고 있다.

효율이 높은 태양전지를 개발하더라도 측정된 효율은 대부분 1㎠의 작은 크기로 만든 태양전지의 성능이다. 연구진은 넓은 면적으로 만들때 태양전지 소재들이 고루 퍼지지 않고 뭉쳐 효율이 떨어지는 것에 집중했다. 유기태양전지 소재로 쓰이는 n형 반도체와 p형 반도체가 잘 섞이도록 혼화성을 조절했다. 태양전지는 태양빛을 받아 전자를 주고 받는 과정에서 전기가 만들어지므로 소재가 얇고 고를수록 성능이 올라간다.

연구진은 태양전지 제작과정에서 소재들의 뭉침현상을 제어함으로써 태양전지 필름 표면의 거칠기를 수 나노미터 단위까지 고르게 만들었다. 그결과 대면적 유기 태양전지는 58.5㎠의 큰 면적에서도 11.28%의 높은 전력 변환 효율을 기록했다.

지금까지 발표된 비슷한 크기의 유기 태양전지의 평균 전력 변환 효율인 6.69%와 비교해도 상당히 높은 성능이다.

손해정 박사는 "58.5㎠의 대면적 유기 태양전지에서도 1㎠ 유기 태양전지가 만들어낼 수 있는 전력변환 효율을 유지했다"고 말했다.

한편, 연구진은 이번에 개발한 대면적의 유기태양전지를 세계적인 학술지인 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)'에 발표했다.

[e-mail] 김만기 기자