[사이언스 타임즈] 플라스틱 태양전지 개발, GIST 신소재공학과 김동규박사

고효율-최저가 플라스틱 태양전지 개발 GIST 신소재공학과 김동유 박사팀 쾌거 2008년 10월 08일(수)

▲ 플라스틱 솔라 셀의 활용사례- 손목에 부착가능한 전자제품  저가의 재료로 높은 효율성을 유지하는 ‘플라스틱 태양전지’가 발명됐다. 광주과학기술원(GIST, 원장 선우중호)은 7일 신소재공학과 김동유(45) 교수 연구팀이 기존 투명전극으로 사용되고 있는 무기물투명전극(ITO전극)을 저가의 유기물로 대체하는 ‘신개념 최저가 플라스틱 태양전지’의 독자적 개발에 성공했다고 밝혔다. 김 교수팀의 연구논문은 ‘신소재(Advanced Materials)’ 최근호 온라인판에 게재됐다. 이 태양전지는 순수 재료비만 고려해도 기존에 사용된 투명전극(ITO) 기반 태양전지보다 최소 20배 이상 저렴하다. 또한 미국 에너지성에서 공인한 폴리머(P3HT/PCBM) 태양전지 효율 4%와 거의 비슷한 수준인 3.3%의 효율을 가진다. 기존에 사용되던 투명전극(ITO)의 경우, 가격이 비싸다는 점 외에 이를 휘게 할 경우 균열이 발생하는 문제로 ‘저가형 휘어지는 플라스틱 소자’ 구현에 한계가 있었다. 이번에 개발한 태양전지는 두 가지 문제점을 동시에 해결할 수 있다. 이로써 저가의 태양전지를 만들 수 있는 원천기술력을 갖게 됨은 물론 상용화를 크게 앞당길 수 있다는 분석이다. 향후 신개념 태양전지 산업에서 막대한 부가가치 창출 및 국가 경쟁력 강화에 크게 기여할 것으로 전문가들은 평가하고 있다. 김동유 교수 연구팀은 지난해에도 김석순 박사(현 군산대학교 교수)가 주도해 ‘브러시 페인팅 기법(brush painting)’을 이용한 플라스틱 태양 전지를 개발한 바 있다. 또 박두진 박사(현 멜보른(Melbourne) 대학 박사후 과정)가 주도 개발한 ‘분무증착법(spray deposition)을 이용한 플라스틱 태양전지’는 기존 스핀 코팅(spin-coating)방법으로는 불가능했던 차세대 ‘Roll-to-Roll’ 기반 대량생산 시스템에 적합한 신공정기술로 평가받았다. ▲ 기존 무기물투명전극(ITO)을 전도성이 높은 고분자물질(PEDOT:PSS)로 대체한 신개념 플라스틱 태양전지 소자구조 및 단면 사진  효율성이 높으면서도 제작공정이 간단한 이번 태양전지 개발과 이미 개발된 ‘브러시 페인팅(brush painting)’ 및 ‘분무증착법(spray deposition)’ 등의 신공정기술은 플라스틱 태양전지의 제조 단가를 획기적으로 낮출 수 있을 것으로 예상된다. 이에 따라 GIST는 플라스틱 태양전지 분야에서의 지속적인 원천기술 확보 및 선도적인 연구를 수행해 나갈 것으로 기대된다. 김동유 교수는 “이번 연구성과는 ‘플라스틱 전자공학’과 접목돼 구부릴 수 있고 투명하며, 가볍고 저렴한 가격의, 일회용 사용이 가능한 차세대 유기 전자소자 등에 광범위하게 활용될 수 있다”며 “향후 GIST가 유기 태양전지분야를 포함한 유기 전자공학 분야에서 국제적 연구를 선도할 수 있는 역량을 보여준 연구라는 점에서 의미가 있다”고 말했다. 용어설명  브러시 페인팅(brush painting) - 폴리머 태양전지 제작공정 중에, 폴리머재료를 붓을 이용하여 기판에 코팅시키는 용액공정방법  분무증착법(spray deposition) - 폴리머 태양전지 제작공정 중에, 폴리머재료를 분무기를 이용하여 기판에 코팅시키는 용액공정방법  스핀 코팅 방법(spin-coating) - 폴리머 태양전지 제작공정 중에, 폴리머재료를 회전시켜 발생된 원심력을 이용하여 기판에 코팅시키는 용액공정방법    Roll to Roll - Roll to Roll 공정이란 플렉시블 디스플레이나 태양전지 제작에 사용되는 PET, PEN, PES 등과 같은 고분자 기판을 Winder/Rewinder roll을 통해 감거나 풀어주면서 박막의 성막을 수행하는 공정으로 차세대 플렉시블 광전소자용 고속, 대량 생산방법이다.

김청한 기자 | chkim@kofac.or.kr 저작권자 2008.10.08 ⓒ ScienceTimes

Copyright(c) 2008 Korea Science Foundation. All Right Reserved. E-mail : ScienceTimes@scienceTimes.co.kr