▲ 티타늄 기반 금속유기구조체가 적용된 플렉시블 태양전지

국내 연구진이 티타늄(Ti) 기반의 금속유기구조체를 이용한 새로운 금속산화물 전자 수송층 기반의 페로브스카이트 플렉시블 태양전지를 개발하는 데 성공했다.

숙명여자대학교는 최경민·박민우 화공생명공학부 교수 공동 연구팀이 저온 공정으로 고효율의 플렉시블 태양전지를 개발했다고 지난 10일 밝혔다.

차세대 태양전지인 페로브스카이트 태양전지는 빛에너지 전환 효율이 높고 생산 단가가 낮아 차세대 에너지 어플리케이션으로 주목 받고 있는 기술이다.

기존의 티타늄 옥사이드(TiO₂)전자 수송층 기반의 태양전지의 경우, 높은 온도의 열처리가 필요하여 플렉시블 태양전지의 지지체인 플라스틱을 안정하게 유지할 수 없었고, 최근까지 연구된 플렉시블 태양전지는 복잡한 공정과정이 필수적이어서 생산 단가가 높은 문턱이 있었다.

이에 공동 연구팀은 이번 연구에서 산화 티타늄 클러스터가 규칙적으로 배열된 6nm 미만의 나노-금속유기구조체를 개발해 전자 수송층으로 사용함으로써 전자 전달 능력과 휘어지는 성능을 대폭 향상시켰다.

또한 상온에서 저온 공정이 가능하도록 해 지지체인 플라스틱을 안정하게 유지할 수 있는 플렉시블 페로브스카이트 태양전지를 개발했다. 또한 스핀코팅 공정으로 이전의 저온 공정보다 단시간에 저비용으로 제작할 수 있다.

ITO 글라스를 사용한 딱딱한 태양전지와 플라스틱 기판을 사용한 플렉시블의 태양전지는 각각 18.94%와 17.43%로 높은 효율을 보였으며, 700번의 휘어짐 테스트에도 성능이 높게 유지되는 것을 확인했다.

최 교수는 “앞으로 추가적인 연구를 통해 티타늄 기반의 나노-금속유기구조체를 이용한 대면적 태양전지 생산에 적용하여, 저비용으로 고효율의 성능을 갖는 플렉시블 태양전지를 개발할 것으로 기대한다”고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단 신진연구자지원사업과 글로벌박사양성사업의 지원을 받았고, 관련 내용은 미국화학회가 발간하는 ACS Nano(IF:13.942)에 5월10일 온라인 게재됐다.