▲ 연구를 이끈 오영제 박사와 유연기판(PET) 위에 대면적으로 연속 코팅한 은나노선 투명전극 사진과 특성치.

국내연구진이 휘어지는 유기태양전지 소재를 고가의 인듐소재가 아닌 은나노선을 대량 합성해 저가로 생산하는 기술을 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 광전소재연구단 오영제 박사팀은 그동안 가격이 비싸 사용이 제한됐던 은나노선을 저가의 양산화 기술로 자체 개발해 한국과 미국에 특허로 등록했다.

이를 이용해 현재 널리 상용되고 있는 인듐주석산화물(ITO) 투명전극을 대체 할 수 있는 은나노선 기반의 유기태양전지의 향상된 성능을 검증해 광변환 효율이 향상되는 원리를 규명했다고 밝혔다.

은나노선은 고가의 소재이지만 이것을 롤처럼 휘어지고 면적이 큰 물질로 개발해 유기태양전지에 적용해 생산단가를 낮췄다. 이렇게 만들어진 유기태양전지는 기존 인듐 전지보다 30%이상 효율이 높고 기존 투명전극보다 전극의 단가를 60% 이상 낮출 수 있어 휘어지는 전자기기에 널리 사용될 수 있을 전망이다.

휘어지는 유기태양전지를 만들기 위해서는 높은 전기전도성과 유연성을 동시에 갖는 투명한 전극이 필요하다. 기존 투명전극은 고가 인듐(In)의 한정된 자원과 고진공설비로 인해 가격이 높고 유연성도 낮은 것이 단점으로 지적돼 왔다.

이런 이유로 성능과 비용, 유연성 측면에 장점이 있는 탄소나노튜브(CNT), 그래핀, 산화아연(ZnO) 등과 각각의 장점을 복합한 하이브리드형 전극 연구가 활발하게 이루어지고 있다.

연구팀은 은(Ag)을 변형해 태양전지에 사용했다. 은나노선이 포함된 용액을 플라스틱 기판에 코팅하는 방식의 저렴한 용액 공정을 활용해 롤투롤(Roll-To-Roll) 방식의 대면적 투명전극을 생산했다.

개발한 기술은 대면적으로 제작이 가능하고 저가인데다 유연성이 높아 휘어지는 태양전지에 적합하다. 뿐만 아니라 은나노선 투명전극의 낮은 표면 거칠기와 우수한 전기적, 광학적 특성으로 인해 플렉시블 디스플레이, 터치스크린 판넬 및 OLED 등 많은 유연한 전자소자에 다양하게 적용될 수 있어 인듐주석산화물을 대체할 투명전극 사업화에 적합한 기술로 평가받고 있다.

이 결과는 Small지 온라인 1월 12일자에 개재됐다.