접을 수 있는 페로브스카이트 태양전지
10,000회 반복접은 후 성능 유지, 차세대 휴대용 에너지원 활용 기대
□ 한국연구재단(이사장 노정혜)은 전일 교수(부산대학교), 이필립 박사(KIST) 연구진이 한일공동연구를 통해 탄소나노튜브-폴리이미드로 구성된 투명전도성 필름을 개발하고 이를 적용한 접을 수 있는 태양전지를 제안했다고 밝혔다.
□ 페로브스카이트 태양전지*는 광전변환효율이 높고 유연화할 수 있어휴대용 전력원으로 주목받는다.
○ 하지만 접거나 구부릴 수 있는 휴대용 디바이스의 전원으로 활용하려면 하부 투명전극의 유연성을 높여야 했다.
※ 페로브스카이트 태양전지 : 유·무기 혼합 페로브스카이트 결정구조를 광 흡수층으로 활용하는 박막형 태양전지
□ 한편 탄소나노튜브*는 유연성과 투명성을 동시에 지닌 좋은 전극 후보 물질이지만, 내부의 빈 공간들과 거친 표면 때문에 하부 전극으로 활용하는 데 어려움이 있었다.
※ 탄소나노튜브 : 육각형의 탄소원자 격자로 구성된 그래핀이 수 나노미터의 원통 형태로 말려있는 나노재료. 우수한 물리적 특성으로 활용성이 높다.
□ 이에 연구팀은 그물 형태의 탄소나노튜브의 빈틈과 거친 표면을 폴리이미드*로 보완한 투명전도체를 개발하였다. 폴리이미드가 빈틈을 매우고 거친 표면을 매끄럽게 유도해 유연하고 투명한 탄소나노튜브의 장점을 살리되 단점은 보완했다.
※ 폴리이미드 : 이미드 고리를 가지는 고분자 재료, 화학적 안정성, 유연성, 내열성, 내화학성을 지닌다. 전자 디바이스에 널리 활용된다.
□ 실제 이를 적용해 제작한 접을 수 있는 폴더블 페로브스카이트 태양전지는 기존에 보고된 탄소나노튜브 기반 유연 태양전지 중 최고 수준의 광전변환효율(15.2%)를 나타냈다.
○ 접음 조건(0.5 mm 굽힘 반경*)에서 10,000회 반복 사이클 후에도 성능이 처음과 동일하게 유지되는 높은 유연성을 보였다.
※ 굽힘 반경: 필름을 구부릴 때 구부리는 지점에서 형성되는 곡률의 반경
□ 한편 전기전도도 향상을 위해 첨가한 몰리브데넘삼산화물(MoO3)은 산소가 차단된 고온 조건에서 그 효과가 극대화된다. 탄소 나노튜브를 감싸는 본 전도체 필름의 구조와 열 안정성 덕분에 추가적인 작업 없이 전극의 전기전도도 향상 효과가 극대화되었다.
□ 탄소나노튜브를 유연 태양전지 등 폴더블, 롤러블 디바이스와 같은 고 유연성 전자소자의 전극으로 효과적으로 활용할 수 있는 토대가 될 것으로 기대된다.
○ 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 선도연구센터사업, 기후변화대응기술개발사업 및 글로벌프론티어사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 결과는 국제학술지‘어드밴스드 사이언스 (Advanced Science)’에 2월 8일자로 게재되었다.
