수천 번 휘어져도 성능 유지하는 ‘태양전지’ 개발

차세대 전자기기에 태양전지 활용할 수 있는 가능성 열어

수천 번 휘어져도 성능이 저하되지 않는 ‘태양전지’가 국내 연구진에 의해 개발됐다. 기계적 변형에도 성능이 저하되지 않고 스스로 성능을 복구할 수 있어 전자기기에 태양전지 적용 속도를 높일 것으로 전망된다.

한국연구재단에 따르면 한태희 한양대 교수와 전일 성균관대 교수 공동연구팀은 페로브스카이트와 고분자 혼합 가교 시스템 기술을 확보, 기계적 변형에도 성능이 저하되지 않고 스스로 성능을 복구할 수 있는 ‘자가치유형 태양전지’를 개발했다. 

광물의 일종인 페로브스카이트는 전기전도성과 빛을 전기로 전환하는 효율이 높아 차세대 태양전지 개발의 핵심재료로 꼽힌다. 그러나 유기물에 비해 유연성과 신축성이 떨어지는 단점이 있어 전자기기에 적용이 어렵다는 평가를 받았다. 차세대 전자기기의 경우 접히는 디스플레이, 사람이 직접 착용하거나 몸에 부착하는 바이오센서 등 높은 신축성과 유연성이 요구되는 형태로 발전하고 있어 페로브스카이트를 적용하기 위해선 신축성 있는 소재 개발이 필요했다.

연구팀은 이를 위해 페로브스카이트 광활성층의 유연성을 높이고 반복되는 휘어짐에도 스스로 회복하는 ‘블록공중합체’를 합성했다. 블록공중합체는 두 개 이상의 다른 단량체로 구성된 고분자다.

연구팀은 이 고분자를 페로브스카이트 박막 결정 성장에 활용했다. 또 블록공중합체에 포함된 고리화합물은 고분자 공중합체끼리의 수소결합 세기를 제어하도록 설계했다. 그 결과 화학적 결합과 물리적 결합이 섞여 있는 새로운 형태의 ‘페로브스카이트-고분자’ 혼합 가교 네트워크가 형성돼 박막의 기계적 변형에 대한 안정성을 기존 대비 5배 이상 높였다.

연구팀은 관계자는 “새로운 고분자 기반의 페로브스카이트 결정 성장 방법은 인체친화적 차세대 전자기기에 활용 가능한 고성능·고안정성 태양전지 개발 난제를 해결할 수 있을 것”이라며 “이를 위해선 실제 전자기기에 적용할 수 있도록 대면적화, 대량생산 등의 후속 연구가 필요하다”고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 신진연구사업의 지원으로 수행됐다. 연구 성과는 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼스’ 온라인판에 8월 4일 게재됐다.