김주영·송명훈 교수팀, 유연성 극대화 성공 웨어러블 기기 적용 기대 주성미 ▲ 접히는 수준이 가능한 페로브스카이트 태양전지(PeSC) 모습. (UNIST 제공) ▲ 왼쪽부터 신소재공학부 송명훈 교수, 안승민 박사후 연구원, 정의대 석박사통합과정 연구원, 김주영 교수. (UNIST 제공) 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 접을 수 있는 페로브스카이트 태양전지(PeSC·Perovsktie Solar Cell)를 개발하는 데 성공했다. 페로브스카이트는 육방 면체 구조를 지닌 반도체 물질로, 빛을 전기로 바꾸거나 전기를 빛으로 바꾸는 특성으로 차세대 태양전지 재료로 주목받는 소재다. UNIST는 신소재공학부 김주영·송명훈 교수 공동연구팀은 페로브스카이트 박막의 물리적 특성 분석, 유연성 극대화를 위한 기판과 투명전극 디자인 적용 등을 통해 접을 수 있을 정도로 유연한 PeSC를 개발했다고 2일 밝혔다. PeSC는 낮은 생산 비용과 높은 효율로 차세대 태양전지로 주목받고 있다. 그러나 그동안 PeSC 연구는 유연성 향상보다는 효율성 개선에 집중됐으며, 현재 PeSC 유연성은 동그랗게 말 수 있는(rollable) 수준에 그치고 있다. 공동연구팀은 PeSC 유연성을 접을 수 있는(foldable) 수준까지 개선했다. 연구팀은 먼저 PeSC와 같은 조건의 페로브스카이트 박막에 대한 단축·인장(늘어남) 실험으로 물리적 특성을 측정했고, 이를 토대로 PeSC 유연성을 예측했다. 또 PeSC 유연성을 제한하는 기존 금속산화물 투명전극을 유연한 초박막 금속 투명전극으로 바꾸고 고분자 기판 두께를 15㎛(마이크로미터·1㎛는 100만 분의 1ｍ)까지 줄였다. 이렇게 만들어진 PeSC는 접는 수준과 같은 1.0㎚(나노미터·1㎚는 10억 분의 1ｍ) 곡률 반경에서 1,000차례 굽힌 후에도 태양전지 광전 변환 효율을 유지했다. 김 교수는 “이번 연구로 PeSC 유연성을 예측하고 극대화할 수 있게 됐으며 앞으로 유연성뿐 아니라 광전 변환 효율 또한 향상할 계획”이라면서 “연구 성과를 웨어러블 기기 등에 적용하면 우리 실생활에 더 가까운 태양전지 기술이 될 것”이라고 밝혔다. 송명훈 교수는 “PeSC 유연성 극대화 연구를 통해 PeSC의 활용성을 웨어러블 디바이스 등에 확대시키면 실생활에 더 가까운 태양전지 기술이 될 수 있을 것”이라고 기대했다. 이번 연구는 나노분야 국제학술지 '나노 레터스'(Nano Letters) 온라인판에 게재됐다. 이번 연구에는 안승민 박사후 연구원, 정의대 석박사통합과정 연구원이 1저자로 참여했다.
울산과학기술원은 빛을 전기로 바꾸거나 전기를 빛으로 바꾸는 특성으로 차세대 태양전지 재료로 주목받는 페로브스카이트로 태양전지를 개발하는데 성공했다.