반복되는 변형에도 스스로 복구되는 ‘태양전지’

[산업일보]
수천 번 휘어져도 성능이 저하되지 않는 새로운 페로브스카이트 태양전지가 국내 연구진의 공동연구로 구현됐다.

한국연구재단은 기계적 변형에도 성능이 저하되지 않으며 스스로 성능을 복구하는 ‘자가치유형(self healing) 태양전지’를 개발했다고 1일 밝혔다. 이번 연구는 한태희 교수(한양대학교)와 전일 교수(성균관대학교) 공동 연구팀이 진행했다.

광물의 일종인 페로브스카이트는 전기전도성이 우수하고 빛을 전기로 전환하는 효율이 높아서 차세대 태양전지 개발의 핵심 재료로 꼽히지만, 유기물에 비해 유연성과 신축성이 떨어지는 단점이 있다.

특히 차세대 전자기기는 접히는 디스플레이, 사람이 직접 착용하거나 몸에 부착하는 바이오센서 등 높은 신축성과 유연성이 필요한 형태로 발전하고 있다.



이에 연구팀은 페로브스카이트 광활성층의 유연성을 높이고, 반복되는 휘어짐에도 스스로 회복하는 특수 기능기를 포함한 블록공중합체를 합성해 이를 페로브스카이트 박막 결정 성장에 활용했다.

또한 블록공중합체에 포함된 고리화합물은 고분자 공중합체끼리의 수소 결합 세기를 제어하도록 설계했다.

연구팀은 이 같은 결과, 화학적 결합과 물리적 결합이 섞여 있는 새로운 형태의 ‘페로브스카이트-고분자’ 혼합 가교 네트워크가 형성돼 박막의 기계적 변형에 대한 안정성이 기존 대비 5배 이상 향상됐다고 소개했다.

아울러, 새로운 태양전지는 광전변환 효율과 수명이 높아졌고 수천 번의 강한 휘어짐 실험에도 성능을 유지했으며, 수소결합 가역성에 의해 스스로 성능이 복구되는 특성을 구현했다고 설명했다.

이를 통해 새로운 고분자 기반의 페로브스카이트 결정 성장 방법이 인체친화적 차세대 전자기기에 활용 가능한 고성능, 고안정성 태양전지 개발의 난제 해결에 기여할 수 있을 것으로 내다봤다. 또한 향후 실제 전자기기에 적용될 수 있도록 대면적화, 대량 생산 등의 후속연구가 필요하다고 했다.