포스텍, 식품첨가제로 `바르는 태양전지` 만든다

식품첨가제를 활용한 친환경 용매로 페인트처럼 바를 수 있는 태양전지를 만들 길이 열렸다.
28일 포항공과대학교(포스텍, 총장 김무환)은 캐나다 토론토대학교(University of Toronto)와의 공동연구를 통해 친환경 용매에 잘 녹는 고분자 물질을 합성하는데 성공했다고 밝혔다. 바르는 태양전지는 소재인 유기물을 용매를 통해 액체 상태로 만들고 필요한 부분에 인쇄하는 용액공정으로 만들어진다. 이 때 고분자 물질을 합성해 태양전지를 만들어야 효율과 안정성을 동시에 높일 수 있다.
그동안 바르는 태양전지에 대한 연구는 계속돼 왔다. 하지만 독성이 강한 용매에만 고분자가 녹는다는 문제가 있었다. 이로 인해 실험실 수준의 연구는 가능했지만 상용화에는 어려움이 많다는 평가를 받아 왔다. 연구팀은 식품첨가제로도 사용되는 친환경 용매인 '2-메틸아니졸'에 고분자를 녹이는데 성공해 이같은 단점을 극복해 냈다. 비대칭 구조를 갖는 고분자 물질을 합성하고 용해도를 높여 연구에 성공했다.
실제로 이번 연구는 기존 기술에 비해 높은 효율과 안정성을 보였다. 연구팀이 개발한 기술은 최고 13.2%의 광전변환효율을 얻었다. 광전변환효율은 들어온 태양광 에너지에서 전기를 만드는 전자로 변환된 비율을 의미한다. 포스텍 연구팀의 기술은 지금까지 발표된 동일한 형태의 태양전지 중 가장 높은 광전변환효율을 보였다. 또 고온 조건에서 120시간이 지난 후에도 초기 대비 89%의 효율을 유지하는 것을 확인해 고온에도 잘 견디는 것으로 나타났다. 연구팀이 합성한 고분자 물질은 태양전지에 적합한 배향을 가졌고 에너지를 발생시키는 전하 이동에 방해되는 결정 표면도 없기 때문이다. 배향은 고분자로 이루어진 고체물질 속에서 미세 결정이나 고분자 사슬이 일정방향으로 배열되는 것을 뜻한다.
이번 연구를 주도한 박태호 교수는 "높은 효율과 뛰어난 안정성을 가진 차세대 태양전지의 대량 생산에 필요한 친환경 공정의 가능성을 제시한 연구"라며 "양자점 태양전지의 정공 전달 물질뿐만 아니라 차세대 유기 박막 트랜지스터, 유기태양전지, 페로브스카이트 태양전지 등에 도입할 수 있다"라고 설명했다. 한편 이번 연구 성과는 재료 분야의 저명한 국제학술지 '어드밴스드 에너지 머터리얼스(Advanced Energy Materials)' 최신호 온라인판에 게재됐다.
[이종화 기자]