‘태양전지가 유·무기 하이브리드 시장으로 진입할까.’
진성호 부산대 교수(화학교육과·48)가 나노분야 세계적 학술지인 미국 ‘ACS 나노’ 4월호 인터넷판에 발표한 ‘은나노선을 이용한 고효율 유기·무기 하이브리드 태양전지’ 연구에 학계와 산업계의 관심이 고조되고 있다.
유기물을 이용한 태양전지(염료감응형 등)와 무기물 태양전지(실리콘, CIGS계열)로 양분돼 있는 이 시장에 각각의 장점을 살린 고효율 저가의 하이브리드 태양전지 시대가 올 것인가에 대한 기대감 때문이다.
실리콘 태양전지는 현재 가장 많이 사용되고 있고, CIGS계열 태양전지는 고효율(20%)로 주목받고 있지만 높은 생산단가에 유연성이 떨어지는 약점이 있다. 또 유기물 태양전지는 저렴한 제조단가, 가벼운 소자, 높은 유연성을 지녔지만 효율성(8~11%)이 낮다.
진 교수는 “공정과 단가, 유연성은 유기태양전지를, 효율은 무기태양전지 수준을 목표로 연구한 것이 유·무기 하이브리드 태양전지”라며 “이 전지는 각각의 장점은 살리면서 단점을 최소화한 새로운 태양전지 기술이라는 점에서 의미가 있다”고 말했다.
에너지기술평가원의 지원아래 나온 이 기술의 핵심도 ‘유·무기 합성 하이브리드 소재’ 개발과 ‘공정’이다.
진 교수는 유기태양전지의 광활성층에 무기물인 ‘은나노선(silver nanowire)’을 도핑(불순물 첨가)시켜 새로운 유기·무기 하이브리드 광활성층을 형성했다. 이를 통해 유기반도체 물질의 단점인 낮은 전하 이동도를 개선하고 안정성과 신뢰성을 높였다.
지난 해 칼텍 연구진이 ‘은나노입자’를 이용한 유·무기 하이브리드 태양전지 소자 연구를 발표한 바 있지만 한 단계 진보한 ‘은나노선’을 이용한 하이브리드 연구는 이번이 처음이다.
그는 “은나노선을 이용한 유·무기 하이브리드 광활성층은 전자와 정공의 이동도가 무기태양전지와 유사해 안정된 박막을 형성하고 에너지 변환효율도 높았다”며 “실험 결과 기존 유기태양전지 대비 20% 이상 높은 효율을 나타냈다”고 강조했다.
또 이 기술은 무기물을 적용해 효율은 높였지만 공정은 기존 유기태양전지와 같다. 가볍고 유연한 맞춤형 크기로 대량생산이 가능해 차세대 유기태양전지로 급부상 중인 플렉시블(두루마리형) 태양전지로 적합한 이유다.
진 교수는 “이 연구를 통해 유기·무기 하이브리드 태양전지가 제작이 간단하고 효율 향상에 수명도 증가한다는 것을 입증했다”며 “은나노와이어 적용에 이어 다양한 나노 무기물을 이용한 유·무기 하이브리드 태양전지 소자 개발을 추진하겠다”고 말했다.
부산=임동식기자 dslim@etnews.co.kr
