[서울=뉴스핌] 김지완 기자 = 국내 연구진이 세계 최고 수준의 태양전지를 개발했다. 

22일 과학기술정보통신부 산하 정부출연연구기관 재료연구소(KIMS) 표면기술연구본부 에너지융합소재연구센터 송명관 박사 연구팀은 창원대학교 생물화학융합학부 안철진 교수 연구팀과 함께 염료감응형(dye-sensitized solar cell) 태양전지의 핵심소재인 고체 전해질을 개발했다고 밝혔다. 연구팀은 이 기술을 이용해 세계 최고 성능의 고체섬유형 태양전지를 개발하는데 성공했다.

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

[서울=뉴스핌] 김지완 기자 = 섬유형 태양전지의 단면과 실제 섬유형 태양전지의 모습. [제공=재료연] 2020.10.22 swiss2pac@newspim.com

기존 액체전해질은 누수가 심해 태양전지의 안정성과 광전효율을 급격히 떨어뜨리는 단점이 있었다. 본 연구팀은 이의 단점을 보완하고자 태양전지에 알맞은 고체전해질 소재 개발에 집중했다.

연구팀은 프로필렌카보네이트 용액과 OCR(Optical Clear Resin)을 잘 섞어 필름화를 시킨 후 필름화된 고체전해질을 템폴(TEMPOL) 유도체에 침지화 시키는 방법을 사용했다. 그 결과 고체섬유형 태양전지의 광전효율(PCE, Power Conversion Efficiency)을 세계 최고 수준인 6% 이상으로 얻을 수 있었다.

고체 타입의 섬유형 태양전지 산업은, 기존의 실리콘 태양전지에 비해 저렴한 비용과 가공의 용이성, 소재의 유연성과 다양성 등의 강점을 바탕으로 웨어러블(wearable), 프린터블(printable) 시장 등 미래의 새로운 용도를 이끌어갈 유비쿼터스 태양전지 시대를 선도할 것으로 예상된다.

본 기술은 낮은 단가와 간단한 합성방법을 이용해 대량생산은 물론 대기 중에서도 안정적인 고체전해질을 개발해, 이를 이용해 세계 최고 효율의 고체 타입 섬유형 태양전지를 개발한 것으로 향후 섬유 전자산업을 선도할 초석이 될 것으로 기대된다.

연구책임자인 재료연구소 송명관 책임연구원은 "본 기술은 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.

본 연구성과는 재료연구소 주요사업의 지원을 받아 수행됐다. 또한 이번 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 지난 12일자로 게재됐다.

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