섬유형태 고성능 태양전지 제작기술 개발 차세대 웨어러블 기기 결합 전원 활용 기대
광전변환 효율 8.128%…신축성·유연성 우수
입력날짜 : 2018. 08.07. 18:58
국내 연구진이 뛰어난 성능의 염료감응형 태양전지를 섬유실 모양(Yarn type)으로 제작하는 기술을 개발했다.
이 기술을 활용하면 태양전지를 천 형태로 제작해 접어서 가지고 다니거나 옷처럼 만들어 입고 다닐 수 있을 것으로 기대된다.
한국과학기술연구원(KIST)은 에너지저장연구단 이중기·리우구쳉 박사 연구팀이 티타늄와이어(Ti wire)의 표면 형질을 화학반응을 통해 변화시키는 방법으로 성능이 우수하고 변형이 자유로운 실 형태의 염료감응형 태양전지를 개발했다고 밝혔다.
유기염료를 이용해 햇빛을 전기로 바꾸는 염료감응형 태양전지는 보통 평면으로 제작해 건물이나 유리창 등에 부착하는 창호형 태양전지로 이용될 수 있지만 신축성이나 유연성 등이 부족해 세탁까지 가능한 웨어러블 태양전지로 활용하는 데는 한계가 있었다.
연구진은 지름 250㎛(마이크로미터=100만분의 1ｍ)의 티타늄와이어로 만든 태양전지 전극의 표면을 황산 용액을 이용해 전기화학적으로 산화시키는 방법으로 티타늄 산화층 간의 광전자[017900] 이동 거리를 최소화하고 접촉면적을 증가시켜 전하 수집을 높이고, 티타늄 산화층으로 입사된 빛을 수집·산란시켜 빛의 활용도를 끌어올렸다.
이렇게 제작한 섬유 형상의 염료감응형 태양전지는 광전변환 효율이 8.128%, 광전자 집전효율이 93.1%를 보이는 등 기존의 나노구조체 기반의 염료감응형 태양전지보다 훨씬 우수한 성능을 보였다.
또 실 형태의 이 염료감응형 태양전지는 지름 1㎝로 말아도 태양전지 성능이 95% 이상 유지될 정도로 기계적으로도 안전한 유연성을 지닌 것으로 확인됐다.
이중기 박사는 “최근 사람, 사물, 공간이 네트워크로 연결된, 몸에 부착하거나 입는 형태의 전자제품이 등장하고 있다”며 “몸에 부착 가능한 섬유제품만큼의 유연성과 신축성을 확보한 이번 연구 성과가 향후 차세대 웨어러블 기기와 결합한 전력공급원으로 활용되기를 기대한다”고 말했다.
KIST 기관고유사업과 한국연구재단 중견연구사업 및 한-중(NRF-NSFC) 협력연구사업으로 수행된 이 연구 결과는 물리 응용 분야 국제학술지 ‘나노 에너지’(Nano Energy)에 게재됐다.
