한국연구재단(이사장 이광복)은 최석원 경희대학교 교수, 송명훈 UNIST 교수 연구팀이 딱정벌레 표피를 모방한 고효율 색반사 필름과 이를 부착한 '건물 일체형 컬러 페로브스카이트 태양전지'를 제작했다고 22일 밝혔다.

딱정벌레 표피에서 반사되는 색은 표피 안의 나선 구조로 인한 빛의 강한 반사에 의한 현상이다. 높은 반사율은 두 장의 나선 구조 층 사이 빛의 편광을 변환시켜주는 또 다른 층을 사이에 둔, 삼층 구조에 의한 것이다. 

연구팀은 이 구조에서 착안해 액정 재료로 나선 구조를 인위적으로 모사해 반사율 100%의 초반사 필름을 제작했다. 단일층 액정 소재의 반사율은 이론적으로 최대 50%에 불과하다. 연구진은 액정의 자가 조립을 이용해 나선 구조를 유도해 반사율을 높였다.

색반사 필름은 대형화에 유리한 습식공정 기반으로 제작 됐다. 또 얇고 유연해 굴곡진 형태로도 제작할 수 있다. 연구팀은 이 필름을 페로브스카이트 태양전지에 적용했다.

현재 17% 내외의 전력 변환 효율을 가진 컬러 페로브스카이트 태양전지를 제작한 상태다. 향후 가혹한 외부환경에서 태양전지의 신뢰성 확보 연구를 계획하고 있다.
 

개발된 태양전지는 고효율 전력 생산이라는 고유의 기능뿐만 아니라 미적인 기능까지 부가됐다. 외벽, 지붕 등 건물의 다양한 부분에 건축자재로 활용 돼 건물 자체 소비 에너지의 대부분을 자체 생산한 에너지로 활용하는 탄소중립시대의 스마트한 건축물의 건축자재로서 널리 활용될 것으로 기대된다.

이번 연구 성과는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 과학기술분야 기초연구사업(기본연구, 대학중점연구소 등)의 지원으로 수행됐다. 에너지 분야 국제학술지 '나노 에너지(Nano Energy)'에 12월 5일 게제됐다.