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은나노선만 있으면 태양전지 효율↑

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2013년 09월 11일 18:00 프린트하기

  나노 굵기의 선을 이용해 태양전지 효율을 2배나 높일 수 있는 기술이 나왔다.

 

  재료연구소 소자기능 박막연구실 송명관, 김동호 박사팀은 전북대 유연인쇄전자공학과 강재욱교수, LG디스플레이의 박종현 박사와 공동으로 은나노선으로 투명전극을 코팅해 유기 태양전지의 에너지 효율을 2배 향상시키는데 성공했다고 11일 밝혔다.

 

  유기 태양전지는 유기물을 이용해 빛 에너지를 전기로 바꾸는 장치다. 문제는 금속 전극을 사용하면 빛 투과율이 떨어져 효율이 낮아지기 때문에 유리나 플라스틱처럼 투명한 전극을 써야 한다는 것. 현재는 인듐 주석 산화물(ITO)을 투명전극으로 쓰는데, 인듐이 희귀광물이기 때문에 생산단가도 높고 쉽게 부러진다는 단점이 있다.

 

  이에 연구진은 인듐 주석 산화물 대신 전기․광학적 특성과 유연성이 뛰어난 은 나노와이어를 선택했다. 은 나노와이어는 단면의 지름이 나노미터 단위인 극미세선으로 페인트칠을 하듯이 분산용액을 이용해 쉽게 코팅할 수 있다.

 

전자현미경으로 관찰한 모습. 재료연구소 송명관 박사가 고효율의 유연한 은 나노와이어 태양전지 제작이 가능한 원천기술을 개발했다. - 재료연구소 송명관 박사 제공
전자현미경으로 관찰한 모습. 재료연구소 송명관 박사가 고효율의 유연한 은 나노와이어 태양전지 제작이 가능한 원천기술을 개발했다. - 재료연구소 송명관 박사 제공

 

  특히 이번 기술은 유리를 한쪽방향으로 돌린 상태에서 은나노와이어 용액을 중심에 떨어뜨려 원심력에 의해 고루 퍼지며 코팅시키는 ‘스핀코팅’ 방식이다. 이 위에 고분자 전도성 물질로 은 나노와이어 전극과 광 흡수층 사이의 공간을 메워 에너지 효율을 높혔다.

 

_은 나노와이어와 인듐 주석 산화물 (indium tin oxide) 태양전지 특성비교한 표로 은 나노와이어의 경우 굽힘 전, 후의 효율 차이가 거의 없음을 확인할 수 있다. - (주)동아사이언스 제공
은 나노와이어와 인듐 주석 산화물 (indium tin oxide) 태양전지 특성비교한 표로 은 나노와이어의 경우 굽힘 전, 후의 효율 차이가 거의 없음을 확인할 수 있다. - 재료연구소 송명관 박사 제공

  연구팀은 이 투명전극으로 태양전지를 만들어본 결과 빛이 전기로 변하는 광변환 효율이 6%로, 기존의 유기태양전지보다 2배 이상 향상됐음을 확인했다. 또 플라스틱에 적용한 뒤 1000회 이상 구부려봤지만 부러지거나 에너지 효율이 낮아지지 않는다는 사실도 발견했다.

 

  송명관 박사는 “이번 기술로 유기태양전지를 만들면 생산단가를 기존의 3분의 1수준으로 낮출 수 있어 유기 태양전지의 상용화를 앞당길 수 있다”며 “유기 태양전지 뿐만 아니라 휘는 트랜지스터, 휘는 디스플레이 등 다양한 전자기기의 성능 향상도 기여할 것”이라고 말했다.

 

  이번 연구성과는 재료분야 권위지 '어드밴스드 펑셔널 머터리얼스' 9일자 표지논문으로 실렸다.

 

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