KIST, '휘는 태양전지' 생산비 확 낮춘 신기술 개발

한국과학기술연구원(KIST)은 국내연구진이 휘어지는 유기태양전지 소재를 고가의 인듐소재가 아닌 은나노선(Ag nanowire)을 대량 합성해 저가로 생산하는 기술을 개발했다고 21일 밝혔다.

은나노선 자체는 고가의 소재이지만 이것을 롤처럼 휘어지고 면적이 큰 물질로 개발하여 유기태양전지에 적용해 생산단가를 낮췄다. 이렇게 만들어진 유기태양전지는 기존 인듐 전지보다 30%이상 효율이 높고 기존 투명전극보다 전극의 단가를 60% 이상 낮출 수 있어 휘어지는 전자기기에 널리 사용될 전망이다.

KIST 광전소재연구단 오영제 박사팀은 그동안 가격이 비싸 사용이 제한되었던 은나노선을 저가의 양산화 기술로 자체 개발하여 한국과 미국에 특허로 등록했다. 또 이를 이용하여 현재 널리 상용화 되고 있는 인듐주석산화물(ITO) 투명전극을 대체 할 수 있는 은나노선 기반의 유기태양전지의 향상된 성능을 검증하고 광변환 효율이 향상되는 원리를 규명했다고 밝혔다. 이 결과는 Small지 온라인 최신호(2015년 1월 12일, 제목: Enhanced light scattering and trapping effect of Ag nanowire mesh electrode for high efficient flexible organic solar cell)에 게재됐다.

휘어지는 유기태양전지를 만들기 위해서는 높은 전기전도성과 유연성을 동시에 갖는 투명한 전극이 필요하다. 그러나 기존 투명전극은 고가 인듐(In)의 한정된 자원과 고진공 설비로 인해 가격이 높고 유연성도 낮은 것이 단점으로 지적돼 왔다. 이같은 이유로 성능과 비용, 유연성 측면에 장점이 있는 탄소나노튜브(CNT), 그래핀, 산화아연(ZnO) 등과 각각의 장점을 복합한 하이브리드형 전극 연구가 활발하게 이뤄지고 있다.

연구팀은 은(Ag)을 변형해 태양전지에 사용했다. 은나노선이 포함된 용액을 플라스틱 기판에 코팅하는 방식의 저렴한 용액 공정을 활용해 롤투롤(Roll-To-Roll) 방식의 대면적 투명전극을 생산했다.

특히 이번에 개발한 기술은 대면적으로 제작이 가능하고 저가인데다 유연성이 높아 휘어지는 태양전지에 적합하다. 뿐만 아니라 은나노선 투명전극의 낮은 표면 거칠기와 우수한 전기적, 광학적 특성으로 인해 플렉시블 디스플레이, 터치스크린 판넬, OLED 등 많은 유연한 전자소자에 다양하게 적용될 수 있어 인듐주석산화물을 대체할 투명전극 사업화에 적합한 기술로 평가받고 있다.