UNIST(총장 정무영)는 신소재공학부의 김주영·송명훈 교수 연구팀이 페로브스카이트 박막의 정확한 물리적 특성을 분석하고 유연성을 극대화 한 기판과 투명 전극 디자인을 적용, 접을 수 있는 페로브스카이트 태양전지를 개발했다고 2일 밝혔다.

페로브스카이트는 낮은 생산 비용과 높은 효율로 차세대 태양전지로 주목된다. 또 실리콘 태양전지와 달리 전극과 기판 소재 변경을 통해 쉽게 유연화가 가능하다. 하지만 기존 페로브스카이트 연구는 유연성 향상보다 효율 향상에 집중되며 유연성은 말 수 있는 수준에 그쳤다.

연구팀은 태양전지의 유연성 예측이 가능할 정도로 정확한 페로브스카이트 박막의 물리적 특성 분석과 투명전극 소재 최적화를 통해 유연성을 극대화 했다.

페로브스카이트 박막의 정확한 물리적 특성(파단강도, 탄성계수)분석은 유연성이 선결조건이다. 하지만 기존 페로브스카이트 박막 물성 분석은 실제 전지와 다른 조건의 박막을 이용하거나 간접적인 물성 분석법을 이용하고 있어, 실제 페로브스카이트 박막의 정확한 유연성 예측이 힘들었다.

연구팀은 실제 페로브스카이트와 동일한 조건의 박막 실험으로 정확한 물리적 특성을 측정했다. 이를 토대로 정확한 태양전지 유연성 예측이 가능해졌다는 게 연구팀의 설명이다.

또 연구팀은 페로브스카이트 박막 외에 다른 태양전지 구성층들의 물리적 특성을 분석해 유연성이 극대화 된 태양전지를 설계했다.

그 결과 기존 금속산화물 투명전극을 유연한 초박막 금속 투명전극으로 바꾸고, 고분자 기판의 두께를 15마이크로미터(μm)까지 줄이면서 접을 수 있게 됐다. 연구팀이 개발한 태양전지는 1.0 ㎜ 곡률 반경에서 1000회의 굽힘에도 태양전지 광전 변환 효율을 유지했다.

김주영 교수는 "이번 연구로 페로브스카이트의 유연성을 정확하게 예측하고 이를 극대화할 수 있게 됐다"며 "다양한 조건의 페로브스카이트 박막의 물성 분석 결과를 활용해 유연성뿐 아니라 광전 변환 효율 또한 향상 시켜나갈 계획"이라고 설명했다.

송명훈 교수는 "페로브스카이트의 유연성 극대화 연구를 통해 웨어러블 디바이스 등에 활용하게 되면 우리 실생활에 더 가까운 태양전지 기술이 될 수 있을 것"이라고 기대했다.

한편 이번 연구는 멀티스케일에너지시스템연구단(글로벌프론티어사업·단장 최만수 서울대), 전략구조소재 신공정 설계연구센터(센터장 한흥남 서울대), 신재생에너지핵심기술개발사업(책임자 송명훈 UNIST)의 지원으로 진행됐다.

결과는 지난달 23일 나노 분야의 국제 학술지인 '나노 레터스(Nano Letters)'에 온라인 속보로 공개됐다. 제1저자로는 안승민 박사후 연구원, 정의대 석박사통합과정 연구원이 참여했다.