高효율·低비용 플렉서블 태양전지 개발…학계 최고효율

[에너지경제신문 한상희 기자] 신소재로 각광받고 있지만 전기전도도가 낮고 공정이 어렵다는 단점을 가진 그래핀을 상용화할 수 있는 길이 열렸다. 국내 연구진이 차세대 태양전지 기술에 신소재를 접목해 모양이 곡면이거나 휘어지는 장비에도 장착할 수 있는 고효율 태양전지를 개발했다.

서울대 공과대학 기계항공공학부 최만수 교수 연구팀(성향기·안남영 연구원)은 이런 성질을 지닌 ‘그래핀 기반 고효율 페로브스카이트’ 태양전지를 개발했다고 23일 밝혔다.

페로브스카이트란 부도체·반도체·도체의 성질은 물론 초전도 현상까지 보이는 특별한 구조체다. 처음 발견한 19세기 러시아 과학자 페로브스키의 이름을 땄다.

페로브스카이트 태양전지는 이 물질을 이용해 2009년 처음 개발된 태양전지다. 높은 효율과 낮은 비용으로 미래의 태양전지로 기대받고 있다.

연구팀이 이 차세대 태양전지 기술에 접목한 ‘그래핀’이라는 신소재는 우수한 투명도·유연성·강도·열전도성·내약품성 등의 장점이 있어 쉽게 깨지는 기존 전극의 대체물로 주목받고 있다.

그래핀이 접목되면 곡선으로 돼 있거나 모양을 변형시킬 수 있는 장비에 태양전지를 설치할 수 있다. 기존 태양전지로는 불가능했다.

플렉서블·웨어러블 등 차세대 IT기기에 안성맞춤이지만, 그래핀의 높은 전기 저항과 표면이 액체에 잘 젖지 않는 점이 생산 공정에서 걸림돌로 작용했다.

연구팀은 수 나노미터(1000억 분의 1ｍ) 두께의 몰리브덴 산화물(MoO₃)을 그래핀 표면에 입혀 두 가지 단점을 모두 해결하며 학계 보고 이래 최고 효율인 17.1%의 고효율 전지를 탄생시켰다.

연구 결과는 에너지 재료 분야 권위지인 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼스’(Advanced Energy Materials) 이달 4일 자에 표지 논문으로 게재됐다.

최 교수는 "이번 연구는 앞으로 웨어러블 전자기기나 플렉서블 디스플레이, 광센서 등의 개발에 매우 유용하게 활용될 것"이라고 기대했다.