고가의 인듐과 고진공 설비를 사용하지 않고 투명 복합전극을 만드는 기술이 개발됐다. 이 기술이 상용화되면 투명 복합전극을 사용하는 태양전지나 디스플레이 패널 생산비용을 낮출 것으로 기대된다.
문주호 연세대학교 신소재공학과 교수와 김아름 박사과정 연구원은 용액공정만을 이용해 고성능 투명전극을 제작하고 이를 태양전지에 적용하는데 성공했다고 21일 밝혔다.
기존 인듐-주석 산화물(ITO) 투명전극은 고가의 인듐을 이용하고, 고진공 설비가 필요해 생산단가가 높다는 한계가 있었다. 이를 대기 중에서 제작 가능한 용액공정으로 대체하면 값비싼 고진공 장비가 필요 없고, 대량생산도 가능해 큰 비용절감 효과를 기대할 수 있다.
연구팀은 안정성과 투과성이 뛰어난 산화아연 박막 사이에 은 나노와이어 필름을 삽입한 고투과성·고전도성 투명 복합전극을 용액공정만 이용해 만들었다. 이렇게 만든 투명전극을 박막 태양전지에 적용한 결과 기존 진공증착 방식으로 만든 ITO 전극과 동등한 효율을 냈다.
전도성이 뛰어난 은 나노와이어 필름은 용액공정이 가능해 차세대 투명전극 물질로 주목받고 있지만, 물리적 마찰이나 열에 약하고 대기 중에서 산화되면 전도성이 떨어지는 한계가 있었다. 따라서 우수한 전도성과 투과율은 유지하면서 은 나노와이어 필름의 안정성을 향상시키는 것이 관건이다.
연구팀은 산화아연과 은 나노와이어를 복합해 기존 한계를 극복했다. 기계적·열적 안정성이 뛰어난 산화아연 박막이 은 나노와이어를 감싸 안정성을 높이고, 은 나노와이어는 산화아연의 낮은 전도성을 보완했다. 산화아연 박막은 은 나노와이어 사이를 메워 필름표면을 매끄럽게 해주고, 은 나노와이어가 없는 빈 공간에서의 전자이동을 도와주는 역할도 수행한다.
문주호 교수는 “용액공정으로 제작한 투명복합전극은 고가 인듐을 사용하지 않고 진공공정이 필요 없어 비용절감 효과를 얻을 수 있어 고성능과 저비용 두 마리 토끼를 잡는 차세대 투명전극 소재로 유용하다”고 밝혔다.
이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구자지원사업 지원으로 수행됐고, 어드밴스트 펑셔널 머티리얼즈지 지난 2일자에 게재됐다.
권건호기자 wingh1@etnews.com
