1만회 접어도 성능 유지되는 페로브스카이트 태양전지 개발 성공

[산업일보]
페로브스카이트 태양전지는 광전변환효율이 높고 유연화할 수 있어휴대용 전력원으로 주목받는다. 하지만 접거나 구부릴 수 있는 휴대용 디바이스의 전원으로 활용하려면 하부 투명전극의 유연성을 높여야 했다.

한편 탄소나노튜브는 유연성과 투명성을 동시에 지닌 좋은 전극 후보 물질이지만, 내부의 빈 공간들과 거친 표면 때문에 하부 전극으로 활용하는 데 어려움이 있었다.

이에 한국연구재단(이사장 노정혜)은 전일 교수(부산대학교), 이필립 박사(KIST) 연구진이 한일공동연구를 통해 탄소나노튜브-폴리이미드로 구성된 투명전도성 필름을 개발하고 이를 적용한 접을 수 있는 태양전지를 제안했다고 밝혔다.

연구팀은 그물 형태의 탄소나노튜브의 빈틈과 거친 표면을 폴리이미드로 보완한 투명전도체를 개발했다. 폴리이미드가 빈틈을 매우고 거친 표면을 매끄럽게 유도해 유연하고 투명한 탄소나노튜브의 장점을 살리되 단점은 보완했다.

실제 이를 적용해 제작한 접을 수 있는 폴더블 페로브스카이트 태양전지는 기존에 보고된 탄소나노튜브 기반 유연 태양전지 중 최고 수준의 광전변환효율(15.2%)를 나타냈다. 접음 조건(0.5mm 굽힘 반경)에서 1만 회 반복 사이클 후에도 성능이 처음과 동일하게 유지되는 높은 유연성을 보였다.

한편, 전기전도도 향상을 위해 첨가한 몰리브데넘삼산화물(MoO3)은 산소가 차단된 고온 조건에서 그 효과가 극대화된다. 탄소 나노튜브를 감싸는 본 전도체 필름의 구조와 열 안정성 덕분에 추가적인 작업 없이 전극의 전기전도도 향상 효과가 극대화됐다.

탄소나노튜브를 유연 태양전지 등 폴더블, 롤러블 디바이스와 같은 고 유연성 전자소자의 전극으로 효과적으로 활용할 수 있는 토대가 될 것으로 기대된다.

이번 연구결과에 대해 연구진은 “접거나(foldable) 말 수 있는(rollable) 다양한 폼 팩터를 갖는 휴대용 스마트 디바이스의 에너지원으로 적용됨으로써, 사물인터넷 (IoT) 기술의 발전을 한 단계 앞당길 수 있을 것”이라며, “본 투명 전도체 필름은 유연 태양전지 뿐만 아니라 다양한 종류의 포토디텍터, 박막 트랜지스터, 발광 다이오드를 비롯한 다양한 박막 전자소자에 적용돼, 이들의 경량, 유연성 특성을 극대화하는 데 활용될 수 있다”고 소개했다.