고체 섬유형 태양전지 개발…기존 대비 36% 초고효율

▲나노 리서치(Nano Research) 표지논문 그림. (사진제공=한국재료연구원)

국내 연구진이 기존 대비 36%의 초고효율에 극한 환경에서도 견디는 고체 섬유형 태양전지를 개발했다.

한국재료연구원(KIM)은 표면재료연구본부 송명관 박사 연구팀과 CEN(경남테크노파크ㆍGNTP 입주기업) 연구총괄책임자인 한상철 박사, 부산대학교 이형우 교수, 한국항공대학교 신명훈 교수와 함께 은(Ag) 입자가 포접된 다공성(메조포러스) 실리카 나노구상입자를 이용해 극한환경에서도 작동하는 고효율의 고체 섬유형 태양전지를 개발하는 데 성공했다고 14일 밝혔다.

연구팀은 다공성-이산화티타늄 층에 은(Ag)이 내장된 이산화규소(SiO2) 나노입자를 합성해 국부적 표면 플라스몬 공명(LSPR)을 통해 향상된 광 수확과 전하수송 효과를 얻었다. 고체섬유형 태양전지의 실험군 대비 약 36% 향상한 5.3% 이상의 광전변환효율(PCE)을 얻을 수 있었다. 이 기술은 낮은 단가와 간단한 합성방법을 이용해 대량생산이 가능하다.

고성능 및 고안정성 고체 타입의 섬유형 태양전지 산업은 기존의 실리콘 태양전지보다 저렴한 비용과 가공의 용이성, 소재의 유연성과 다양성 등의 강점을 바탕으로, 미래 웨어러블 프린터블 시장 등으로 대표되는 유비쿼터스 태양전지 시대를 선도할 것이란 예상이다.

송명관 책임연구원은 “극한환경에서도 안정한 고체 타입의 섬유형 태양전지 구현을 위해 전하수송층 개발의 새로운 관점을 제시했다”며 “향후 배터리와 같은 에너지 저장장치와 접목해 다양한 휴대용 전자기기의 전원공급 장치로 활용할 수 있을 것으로 전망한다”고 말했다.

연구결과는 응용 물리, 소재 과학 분야의 세계적 학술지인 ‘나노 리서치(Nano Research)’에 1월 10일 자 표지논문으로 선정됐다. 연구팀은 본 기술을 배터리와 접목해 에너지 생산뿐만 아니라 저장까지 가능하도록 하는 에너지 융합연구를 수행 중이다.

▲금속-공기 계면에서 발생하는 표면 플라스몬 모식도. (사진제공=한국재료연구원)