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납 유출 방지한 페로브스카이트 태양전지 제작기술 개발

추가 공정 없이 납 화합물 유출 방지효과와 신축성 구현

기사입력 2021-12-27 12:41:26
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[산업일보]
페로브스카이트 소재는 열과 수분에 취약해 외부환경과의 차단을 위해 유리 기반의 봉지(encapsulation) 공정을 거치고 있다.

하지만 봉지용 유리는 얇아 외부 충격에 의해 손상될 우려가 높을 뿐만 아니라 딱딱한 유리를 활용하기에 신축성이 필요한 웨어러블 디바이스 등에 응용되기에 한계가 있었다.

한국과학기술연구원 김인수 박사 연구팀과 성균관대학교 손동희 교수 등은 이러한 한계성을 극복하기 위해 납 유출을 방지하기 위한 신축/유연 페로브스카이트 태양전지 제작기술을 개발했다고 밝혔다.

납 유출 방지한 페로브스카이트 태양전지 제작기술 개발
▲자가치유 고분자 이용 페로브스카이트 광전소자 봉지(encapsulation) 공정 (자료=한국과학기술연구원 및 경희대학교 김인수 박사, 성균관대학교 손동희 교수)

연구팀에 따르면, 찢어지는 등의 손상시 수소 결합을 통해 손상된 부분을 회복하는 PDMS 기반의 자가치유 고분자를 봉지막과 전극소재로 적용해 별도의 추가 공정 없이 납 화합물 유출 방지효과와 신축성을 모두 얻는데 성공했다.

또한 실제 자가치유 고분자 소재로 봉지된 페로브스카이트 기반 태양전지를 우박으로 인한 충격을 모사해 인위적으로 손상시킨 뒤 물에 넣고 흘러나온 납 화합물의 양을 확인했다고 밝혔다.

이에 따르면, 납 화합물 유출량은 0.6ppb 수준으로 나타나 5.6ppm 수준의 기존 유리 방식 봉지기술 대비 약 5천 배 이상 높은 납 유출 차단 효과를 거뒀다.

연구팀은 스스로 접합이 가능한 자가치유 고분자 소재의 특성을 이용해 납땜 공정 없이 사용자가 원하는 소자를 마치 블록을 쌓듯 포개는 방식으로 원하는 광전소자 모듈을 구현할 수 있어 개인용 휴대기기, 신체 부착형 기기 등의 응용 측면에서 더욱 의미가 있다고 평가했다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 우수신진연구사업 및 세종펠로우쉽사업 등의 지원으로 수행했다.

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