여성들이 흔히 사용하는 천 소재의 가방에 넣어 언제든 스마트폰 충전을 할 수 있는 태양전지 혹은 실내에 들어오는 햇빛으로 전기를 만들어 내는 벽지가 나온다면 어떨까.
포항공과대학교(POSTECH) 연구팀이 단 한 번의 인쇄로 여러 번 접었다 펴도 문제없는 태양전지를 개발하는 데 성공했다.
포스텍 화학공학과 조길원 교수, 김민‧박종환 박사 팀은 재료과학 분야 권위지인 어드밴스드 에너지 머터리얼스지를 통해 수평구조로 돼 있어 유연성을 획기적으로 향상시킨 유기태양전지 기술을 발표했다.
이 저널 표지논문으로 발표되며 학계의 관심을 모은 이 결과는 그간 휘어지기는 하지만 여러 차례 구부릴 수는 없었던 유기태양전지의 문제점을 크게 개선했다.
유기태양전지는 실리콘과 같은 딱딱한 무기소재가 아닌 유연한 유기소재를 광활성 물질로 사용해 인쇄하듯 간단한 공정으로 만들 수 있고, 지지하는 기판을 플라스틱으로 만들 경우 휘거나 구부릴 수 있어 웨어러블 전지나 벽에 부착하는 필름형태의 전지 응용으로 각광받고 있다.
하지만 통상 유기태양전지는 기판-전극-광활성층과 전극이 여러 층으로 겹겹이 쌓인 수직 구조이며, 이러한 수직형 태양전지는 전극끼리 연결시키는 복잡한 공정이 필요하고, 사용하는 기판과 전극 소재가 딱딱해 접거나 휠 수는 없었다.
연구팀은 아예 구조를 바꿔 새롭게 수평 형태의 구조를 만들었다.
단 1개의 층을 이용하는 이 태양전지는 수 천회 구부려도 광전효율이 그대로 유지된다. 또한 햇빛이 광활성층에 직접 도달하는 구조이기 때문에 굳이 빛을 끌어 모으기 위해 투명 기판을 고집할 필요가 없게 됐다.
물론 이 수평구조의 유기태양전지는 전극을 미리 패턴했기 때문에 여러 공정이 필요없고 한 번의 코팅으로 완성된다는 것도 큰 장점이다.
이 기술을 이용하면 신문처럼 가볍고 접을 수 있는 새로운 개념의 태양전지 개발은 물론, 복잡한 소자 제작공정도 단순화시킬 수 있어 차세대 태양전지 상용화에도 기여할 전망이다.
