[서울=뉴스핌] 김영섭 기자 = 태양전지를 접어 주머니에 넣어 다니다 원하는 때 펼쳐 쓰는 날이 가까워졌다.

UNIST(울산과학기술원) 신소재공학부 김주영‧송명훈 교수팀은 고효율 태양전지 재료로 주목받는 페로브스카이트(Perovskite)의 고유 물성 분석과 유연성을 극대화한 태양전지 설계로, 접을 수 있는 ‘페로브스카이트 태양전지(PeSC·Perovsktie Solar Cell)’를 개발하는 데 성공했다고 2일 밝혔다.

연구진은 태양전지 구성 재료인 페로브스카트 박막의 정확한 물리적 특성 분석과 유연성 극대화를 위한 기판과 투명 전극 디자인을 적용해 성과를 냈다.

접을 수 있는 수준의 ‘페로브스카이트 태양전지(PeSC·Perovsktie Solar Cell)’ [사진=UNIST ]

PeSC는 낮은 생산 비용과 높은 효율로 차세대 태양전지로서 주목받고 있다. 

실리콘 태양전지와 달리 전극 및 기판 소재 변경을 통해 쉽게 유연화가 가능하다는 장점이 있다. 하지만 기존 PeSC 연구는 유연성 향상보다는 효율 향상에 집중, 현재 PeSC의 유연성은 말 수 있는(rollable) 수준에 그쳐있다.

이번 연구는 태양전지의 유연성 예측이 가능할 정도로 정확한 페로브스카이트 박막의 물리적 특성 분석과 기판, 투명전극 소재 최적화를 통해 PeSC를 접을 수 있는 수준(foldable)까지 유연성을 극대화했다.

PeSC의 광활성층인 페로브스카이트 박막의 정확한 물리적 특성(파단강도, 탄성계수) 분석은 유연한 PeSC를 만들기 위한 선결조건이다. 하지만 기존의 페로브스카이트 박막 물성 분석은 실제 전지에서와 다른 조건의 박막을 이용하거나 간접적인 물성 분석법을 이용, 실제 PeSC에서 페로브스카이트 박막의 정확한 유연성 예측이 힘들었다.

이번 연구는 실제 PeSC에서와 동일한 조건의 페로브스카이트 박막에 대한 직접적인 단축 인장 실험으로 정확한 물리적 특성을 측정, 이를 토대로 정확한 태양전지 유연성 예측이 가능해졌다.

또한 페로스카이트 박막 외에 다른 태양전지 구성층들의 물리적 특성을 분석, 유연성을 극대화한 태양전지를 설계했다.

김주영 교수는 “다양한 조건의 페로브스카이트 박막의 물성 분석 결과를 활용해 PeSC의 유연성뿐만 아니라 광전 변환 효율 또한 향상시켜나갈 계획”이라고 밝혔다.

송명훈 교수는 “PeSC 유연성 극대화 연구를 통해 PeSC의 활용성을 웨어러블 디바이스 등에 확대시키면 우리 실생활에 더 가까운 태양전지 기술이 될 수 있을 것”이라고 기대했다.

연구결과(논문명 Nanomechanical Approach for Flexibility of Organic-Inorganic Hybrid Perovskite Solar Cells)는 나노 분야 세계적 권위지인 ‘나노 레터스(Nano Letters)’ 온라인판에 지난달 23일 실렸다. 

페로브스카이트는 ABX3 화학식(A·B는 양이온, X는 음이온) 결정구조를 갖는 물질이다. 부도체·반도체·도체의 성질은 물론 초전도 현상까지 보이는 특별한 구조의 금속 산화물이다. 1839년 러시아 우랄산맥에서 처음 발견돼 러시아 광물학자(Perovski)의 이름을 땄다. 현재 페로브스카이트 구조를 가진 유기금속 할로젠 화합물이 우수한 광학·전기적 특성을 보여 태양전지와 발광소자 등 광전자소자의 활성재료로 사용된다. 

kimys@newspim.com