한국전기연구원(KERI)이 전통 문창호 구조를 닮은 ‘종이 태양전지’를 개발해 이목을 집중시키고 있다.
이 ‘종이 태양전지’는 나노·섬유 기술 접목해 가볍고 자유로이 구부러지는 등 기존 태양전지 한계를 극복해 만든 세계 최초의 유연 태양전지라고 KERI는 설명했다.
이동윤·차승일 KERI 창의원천연구본부 박사팀은 나노기술과 섬유기술을 접목, 가벼우면서도 마음대로 구부릴 수 있고, 다양한 형상으로 제작이 가능하며, 가격도 저렴한 새로운 형태의 유연(flexible) 염료감응 태양전지를 개발하는데 성공했다.
KERI는 “이 박사팀이 새로 개발한 태양전지는 금속격자, 세라믹종이와 나노섬유를 사용하고 구조를 개선함으로써, 가볍고 내구성이 있으면서도, 종이처럼 구부러지는 특성을 지니고 있다”면서 “아울러 가격이 저렴하고, 모바일 기기나 건물의 창문 등에 부착하거나 의복에도 탈부착이 가능하여 새로운 태양전지 시장을 열 것으로 기대되고 있다”고 전했다.
이어 “기존 태양전지의 문제점을 극복할 수 있는 KERI 연구팀의 종이형 유연태양전지는 다양한 모바일 기기뿐 아니라, 건물용, 군사용, 해양용 등 다양한 목적으로 사용이 가능해 큰 시장 확대가 기대되고 있다”고 덧붙였다.
특히 연구팀은 나노 티타니아를 입자의 형태가 아닌 긴 섬유로 뽑아내고, 이를 이용해 전통 한지와 같은 나노종이를 만드는데 성공했다. 이렇게 제조된 나노종이는 내구성이 있고 자유로이 휘는 것이 가능해 근본적으로 균열의 문제를 제거할 수 있게 된 것.
또한 기존의 플라스틱 기판을 없애기 위해서 스테인레스 강선의 표면을 특수처리 해 한지의 문살에 해당하는 도전성(전기가 통하는 성질) 금속메시를 제작했고, 액체전해질이 마음대로 퍼져나가지 않으면서도 태양전지의 강도를 유지할 수 있도록 유리섬유로 만든 유리종이를 부착했다.
이렇게 만들어진 각 부품을 모두 연구팀이 특수하게 제작한 세라믹접착제를 이용해 접합함으로써 최종적으로 기판이 필요 없고, 내구성이 우수하며 마음대로 굽히는 것이 가능한 태양전지 제작에 성공하게 된 것이라고 KERI는 설명했다.
한편 연구팀은 이번 연구성과와 관련해 4건의 특허를 출원했으며 해당 기술성과는 에너지 환경분야의 세계 저명 학술지인 ‘에너지 앤 인바이런먼털 사이언스(Energy and Environmental Science)’의 이슈논문으로 선정되어 무료 공개되고 있다. 또한 영국왕립화학회에서 발간하는 ‘케미스트리 월드(Chemistry World)’에도 소개되어 해외 학계의 많은 관심을 받고 있다.
