[파이낸셜뉴스] 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 장지현 교수팀이 녹슨 철을 활용해 태양광 수소 생산 시스템을 개발했다. 이 시스템은 햇빛으로 물을 분해해서 수소를 만들어내는데 지금까지 나왔던 방식들보다 수소생산 효율이 3.2배 향상됐다. 또한 100시간 동안 수소생산 효율이 떨어지지 않고 유지했다. 장지현 교수는 20일 "수소 생산 효율을 크게 높이는 동시에 상업화를 위한 중요한 기술적 진전을 이뤄냈다"며, "그린수소 생산의 상업화를 앞당기고, 다양한 반도체 시스템에 적용될 수 있을 것"이라고 말했다. 환경 오염 억제 및 탈탄소화를 위해 화석연료를 대체할 에너지원 개발이 필수적이다. 수소는 청정 에너지원으로 주목받고 있지만, 현재 수소를 생산하는 방법은 주로 화석연료를 활용하고 있어 진정한 친환경 수소 생산기술 개발이 필요하다. 태양에너지와 물을 활용한 광전기화학적 물 분해 수소 생산 방법은 친환경적인 에너지원만을 활용해 수소를 생산할 수 있어 미래 기술로 각광받고 있다. 태양에너지를 흡수할 수 있는 광전극은 여러 조건을 충족해야 한다. 안정성, 가격, 전기적 특성을 모두 만족하는 소재가 아직 개발되지 않았고, 특히 기술 상업화의 기준점인 광-수소 변환 효율 10%를 달성한 소재는 아직 없다. 그중에서도 높은 안정성과 저렴한 금속산화물은 적절한 후보 물질로 주목받고 있지만, 전기적 특성이 낮아 수소 생산 효율이 낮다. 산화철은 그동안 광전극으로 사용하기에 전기적 성능이 부족해 수소 생산 효율이 낮았다. 물을 분해하는 면적이 좁고, 전자 이동 거리가 길어 상업화가 어려웠다. 연구진은 이를 개선하기 위해 산화철의 구조적 특성에 주목했다. 게르마늄(Ge), 티타늄(Ti), 주석(Sn)을 함께 섞어 산화철의 전기적 특성을 개선하고, 열을 이용해 다공성 구조를 만들어 반응 면적을 넓히고 전자 이동 거리를 줄였다. 이를 통해 산화철의 단점을 극복하고 물 분해 효율을 높였다. 이 과정을 통해 평균 직경 10nm 이하의 다공성 산화철 전극을 만들었다. 그결과 태양광을 이용한 수소 전환 효율을 3.2배 높였으며, 100시간 동안 효율 저하 없이 지속 사용이 가능해졌다. 장기간 안정적인 수소 생산을 가능하게 하여 상업화에 한 발 더 다가설 수 있게 했다. 한편, 연구진은 산화철으로 만든 태양광 수소전환 시스템을 국제학술지 'ACS 에너지 레터스(Energy Letters)'에 발표했다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 장성연·류정기·장지욱 교수팀이 페로브스카이트 태양전지의 내구성과 효율을 높일 수 있는 기술을 개발했다. 이 태양전지는 페로브스카이트 활성층과 금속 전극 사이에 특수 설계된 음극 중간층을 삽입한 것이 특징이다. 9일 연구진에 따르면, 이 태양전지는 23.21%에 달하는 높은 광전변환효율을 기록했다. 또 동시에 60도에서 750시간 동안 작동했을 때도 초기 대비 81% 이상 효율을 유지해냈다. 장성연 교수는 "이 태양전지를 광전극으로 활용해 고효율의 그린 수소를 생산할 수 있는 화학 부품의 새로운 구조를 제시했다"고 말했다. 금속 할로겐화물 페로브스카이트는 빛 에너지를 받아 전자를 방출하는 '광전자' 특성이 우수해 태양 에너지 응용 분야에서 유망한 재료로 꼽힌다. 특히 혼합 주석-납 할로겐화물 페로브스카이트(TLHP)는 가시광선에서 근적외선 영역까지 태양광 흡수가 가능해 고효율 태양전지 개발에 중요한 소재다. 하지만 TLHP는 납 기반의 페로브스카이트 보다 대기 중 안정성이 낮아 소재의 장점을 활용하기 어려웠다. 연구진은 TLHP를 화학적으로 보호할 수 있는 음극 중간층으로 새로운 화합물을 추가했다. 이 화합물 '페릴렌 디이미드'는 빛을 받아 전력을 생산하는 광활성층인 페로브스카이트의 상부층에 삽입된다. 연구진은 "이 물질이 효율적으로 전자를 이동시킬 뿐 아니라 화학적 장벽 역할 또한 수행해 안정성을 대폭 향상시켰다"고 설명했다. 뿐만아니라 새 기술을 수소 생산을 위한 광전극으로도 활용했다. 외부 전력이 없는 상태에서 약 33㎃/㎠의 기록적인 태양광 수소 생산 속도를 보였다. 연구진은 이러한 수치가 미국 에너지부에서 목표로 하는 것보다 높다고 말했다. 한편, 연구진은 고려대 곽상규 교수팀과 함께 이 기술을 개발했으며, 그 결과를 어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)에 공개했다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 국내외 연구진이 페로브스카이트 태양전지의 소재 개발이 한창이다. 낮은 제작 단가, 용이한 생산 공정, 유연화 가능 등의 장점을 지녀 실리콘 태양전지를 이을 차세대 태양전지로 크게 주목받고 있다. 우선 광주과학기술원(GIST)은 신소재공학부 김호범 교수팀이 해외 연구진과 공동으로 페로브스카이트 태양전지 제작에 필수적으로 사용되는 정공수송층 신물질을 개발했다고 1일 밝혔다. 연구진은 이 신물질을 이용해 고효율이면서 수명이 긴 페로브스카이트 태양전지를 만들었다. 또한, 한양대 한태희 교수팀과 성균관대 전일 교수팀이 수천번을 접고 휘어도 스스로 성능을 복구하는 새로운 페로브스카이트 태양전지를 개발했다. 폴리머가 첨가된 페로브스카이트 태양전지는 박막의 기계적 변형에 대한 안정성이 기존 대비 5배 이상 향상됐다. ■1000시간 이상 사용해도 끄떡없다 김호범 교수팀은 스위스 로잔 연방공대 나지루딘·다이슨 교수팀, 이탈리아 콘실리오 국립연구소 포지 박사팀과 함께 페로브스카이트 태양전지 정공수송용 신규 소재 'BSA50'를 개발했다. 이 소재는 페로브스카이트층 속 빛 흡수에 의해 형성된 정공 추출에 효율적이며, 페로브스카이트에 존재하는 결함을 제거할 수 있다. 새 소재를 적용한 페로브스카이트 태양전지는 빛을 전기로 바꾸는 광전변환효율이 22.65%에 달해 기존 '스파이로 오미타드' 정공수송층으로 만든 것과 거의 비슷한 97% 수준이다. 하지만 안정성 면에서는 태양빛 아래 1000시간 동안의 작동 후에도 초기 효율 대비 89% 이상 유지했다. 이는 기존 소재를 적용한 소자가 유지하는 효율인 82%보다 우수한 성능과 안정성을 지님을 보여준다. 또한 대면적인 6.5×7㎠ 크기의 페로브스카이트 태양광 모듈을 제작해 실험한 결과, 기존 소재를 사용하지 않은 모듈 중 세계 최고 효율인 21.35%를 달성했다. 김호범 교수는 "기존 소자의 효율은 유지하면서 안정성은 크게 향상시킬 수 있는 정공수송층 신물질을 개발해 향후 페로브스카이트 태양전지의 상용화에 크게 기여할 수 있을 것"이라고 말했다. ■수천번을 접고 휘어도 끄떡없다 한태희·전일 교수팀은 페로브스카이트에 고분자 물질을 혼합해 잘 휘어지면서도 성능을 유지하는 '자가치유형 태양전지'를 개발했다. 연구진은 페로브스카이트 광활성층의 유연성을 높이고, 반복되는 휘어짐에도 스스로 회복하는 특수 기능기를 포함한 블록공중합체를 합성했다. 또한 블록공중합체에 포함된 고리화합물은 고분자 공중합체끼리의 수소결합 세기를 제어하도록 설계했다. 그 결과, 박막의 기계적 변형에 대한 안정성이 기존 대비 5배 이상 향상됐다. 또한 정상상태의 빛을 전기로 전환되는 광전효율이 22.61%에 달했으며, 휘어졌을때의 광전효율은 23.25%를 유지했다. 한태희 교수는 "차세대 전자소자의 형태로 기대되는 인체 친화적 유연성과 신축성을 갖춘 휴대용, 입을 수 있는 전자소자의 태양 빛을 통한 손쉬운 에너지 수급을 가능하게 한다"고 말했다. 또한 "태양전지의 기계적 유연성을 크게 증가시키고 반복된 휘어짐에도 셀프힐링 기능으로 성능을 회복하게 함으로써 실제로 휴대용 전자기기에 사용 가능한 형태의 고성능, 고안정성 태양전지의 개발이라는 측면에서 향후 발전 가능성이 크다"고 설명했다.   monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스 대전=김원준 기자] 대전상공회의소는 26일 오전 한국화학연구원 디딤돌플라자에서 한국화학연구원 및 연구개발특구진흥재단과 함께 ‘유망기술 상담회’를 공동 개최했다고 밝혔다.  행사에는 대전상의와 한국화학연구원 관계자, 기술연계를 희망하는 지역 기업 ㈜래트론, ㈜코발트테크놀러지 등 17개 업체 임직원 40여 명이 참여했다.  상담회는 한국화학연구원의 유망기술 연계 및 연구개발특구진흥재단의 사업화 컨설팅을 통해 지역 기업에 기술력 증진과 기술 고도화 기회를 제공하기 위해 마련됐다.  행사는 지역 기업 ESG 경영과 투자유치 전략 전문가 강연을 시작으로, 화학연 보유기술 소개와 함께 연구기술 이전에 대한 전문가 1대 1 상담 순으로 진행됐다.  앞서 한국화학연구원은 기업들이 보유한 기술과 활용을 원하는 기술을 매칭, 연계 가능성을 사전 검토했다. 화학연구원은 이날 상담회에서 사전검토를 마친 △아스콘 탈취제 및 이를 포함하는 아스콘 조성물 △래핑 가능 전기적·시각적 고감도 수소센서 △펄스형 휘발성유기화합물 저감을 위한 촉매 모듈 △광전변환효율을 높인 유기 태양전지 제조 기술 등 8개 분야 유망기술에 대한 심층 상담을 진행했다.  한편, 이날 행사는 정태희 대전상의 회장이 관심을 갖고 추진중인 ‘정부출연연구원과 지역 기업 간 기술매칭 사업’의 하나로 진행됐다. 이 사업은 대덕특구 연구원의 기술 및 인프라를 기업이 실질적으로 활용할 수 있도록 기술 교류를 촉진, 지역 기업의 기술력 향상을 지원하기 위한 것이다. kwj5797@fnnews.com 김원준 기자

[파이낸셜뉴스] 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 류정기·장지욱·장성연 교수팀이 나무 찌꺼기로 바닐라향료를 만들고, 이때 나오는 전자를 태양광 수소생산 시스템까지 작동시키는 기술을 개발했다. 이 시스템이 작동할때 외부 전력을 사용하지 않으며, 산소는 만들어지지 않고 순수한 수소 기체만 만들어져 효율적으로 수소를 모을 수 있다. 이번 기술개발에 참여한 제1저자 최유리 연구교수는 "이 시스템은 넓은 범위의 태양광을 흡수해 수소를 만들고, 산소나 이산화탄소 발생이 없다는 장점이 있다"며 "후속 연구를 통해 그린 수소 생산으로 활용될 것"이라고 말했다. 연구진은 목질계 바이오매스에서 리그닌만 분리해내기 위해 저렴한 물질인 '인몰리브덴산(PMA)'를 촉매로 사용했다. 저온인 60℃에서 목질계 바이오매스에 PMA를 넣으면 리그닌만 분해돼 '바닐린'이 만들어진다. 바닐린은 바닐라 향이 나는 무색의 고체 가루다. 바닐린 자체는 단맛이 없지만 식품에 달콤함을 더하는 향료로 초콜릿이나 아이스크림, 사탕 등에 들어간다. 또한 연구진은 리그닌이 바닐린으로 변할때 나온 전자를 추출해 물에서 수소를 뽑아내는 기술에 활용했다. 즉, 수전해 기술은 물을 전기로 분해해 수소를 얻는 기술이다. 기존 수전해 방식은 수소와 함께 산소도 만들어져 이를 분리 추출해야 하는 점과 폭발 가능성 등 여러 문제점 있다. 또한 수전해 기술 중 태양광 에너지를 연료로 전환하는 '태양광 수소 생산 시스템'은 높은 에너지가 필요해 전기를 추가해야 한다. 연구진은 리그닌 변환과정 중 얻은 전자로 산소 발생을 막는 수전해 시스템을 설계했다. 또 가시광선 전체 영역의 빛을 흡수하는 페로브스카이트 광전극을 적용해 수소 생산량을 늘렸다. 그 결과, 연구진이 개발한 시스템은 태양광 아래에서 20시간 동안 효율적이고 안정적으로 수소를 생산해 냈다. 류정기 교수는 "기존 태양광 수전해 시스템보다 적은 에너지로 수소를 생산해 냈다"며 "촉매를 활용한 목질계 바이오매스의 선택적 분해 기술은 셀룰로오스의 구조 변형 없이 리그닌만 분해해 목질계 바이오매스를 효과적으로 활용할 뿐만 아니라 구성 성분을 모두 활용할 수 있는 경제적 기술"이라고 말했다. 연구진은 이번 연구 결과를 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 3일 발표했다.   monarch@fnnews.com 김만기 기자

한국과학기술연구원(KIST) 차세대태양전지연구센터 손해정 박사팀이 유기태양전지를 넓은 면적으로 만들어도 성능이 유지되는 기술을 개발했다. 27일 KIST에 따르면 연구진은 빛을 받아 전기가 만들어지는 광활성층을 세 종류의 유기반도체 소재로 제작했다. 58.5㎠로 만든 대면적 유기태양전지 모듈은 세계 최고 수준인 14.04%의 광전 변환효율을 달성했다. 유기태양전지는 건물 벽면이나 옥상의 외장재, 창문 등에 프린팅 하는 방법으로 제작이 가능해 도심형 태양광 발전의 핵심기술로 주목 받고 있다. 하지만 지금까지의 고효율 유기태양전지들은 실험실 수준에서 개발된 0.1㎠ 미만의 좁은 면적이다. 넓은 면적의 모듈을 제작할 때 발생하는 성능감소와 재현성 문제로 상용화에 어려움을 겪어 왔다. 연구진은 유기태양전지 내 광활성층의 형태에 주목했다. 광활성층은 일반적으로 p형과 n형의 반도체 소재를 이용해 인쇄방식으로 쉽게 제작 할 수 있다. 하지만 광활성층을 만들때 용매증발 과정에서 p형 고분자가 뭉치면서 불균일한 구조를 만들어 낸다. 연구진은 새로운 광활성층을 사용해 58.5㎠ 크기의 유기태양전지를 만들어 세계 최고 수준인 14.04%의 광전 변환효율을 달성했다. 기존 두 종류의 유기반도체 소재로 만든 태양전지의 광전 변환효율은 12.59%였다. 내구성도 향상됐다. 85도 온도에서 가속화테스트를 진행할 경우 1000시간 성능을 유지한다. 이는 일반적인 환경에서 5년 정도 성능이 유지되는 것을 뜻한다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 한국과학기술연구원(KIST) 차세대태양전지연구센터 손해정 박사팀이 유기태양전지를 넓은 면적으로 만들어도 성능이 유지되는 기술을 개발했다. 27일 KIST에 따르면 연구진은 빛을 받아 전기가 만들어지는 광활성층을 세 종류의 유기반도체 소재로 제작했다. 58.5㎠로 만든 대면적 유기태양전지 모듈은 세계 최고 수준인 14.04%의 광전 변환효율을 달성했다.  유기태양전지는 건물 벽면이나 옥상의 외장재, 창문 등에 프린팅 하는 방법으로 제작이 가능해 도심형 태양광 발전의 핵심기술로 주목 받고 있다. 하지만 지금까지의 고효율 유기태양전지들은 실험실 수준에서 개발된 0.1㎠ 미만의 좁은 면적이다. 넓은 면적의 모듈을 제작할 때 발생하는 성능감소와 재현성 문제로 상용화에 어려움을 겪어 왔다. 연구진은 유기태양전지 내 광활성층의 형태에 주목했다. 광활성층은 일반적으로 p형과 n형의 반도체 소재를 이용해 인쇄방식으로 쉽게 제작 할 수 있다. 하지만 광활성층을 만들때 용매증발 과정에서 p형 고분자가 뭉치면서 불균일한 구조를 만들어 낸다. 연구진은 새로운 광활성층을 사용해 58.5㎠ 크기의 유기태양전지를 만들어 세계 최고 수준인 14.04%의 광전 변환효율을 달성했다. 기존 두 종류의 유기반도체 소재로 만든 태양전지의 광전 변환효율은 12.59%였다. 내구성도 향상됐다. 85도 온도에서 가속화테스트를 진행할 경우 1000시간 성능을 유지한다. 이는 일반적인 환경에서 5년 정도 성능이 유지되는 것을 뜻한다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스]  리서치알음은 16일 비상장 기업인 엠에스웨이에 대해 건물 일체형 태양광발전 시스템 성장 수혜가 기대된다고 봤다. 우휘랑 연구원은 “산업통상자원부는 2020년부터 공공 건물을 대상으로 제로에너지건축물 인증제를 의무화하고 있다. 우리나라 국토가 좁고 고층 빌딩이 많다는 특징을 활용해 에너지 산업에 적용 중”이라며 “현재 제로에너지건축물을 위한 기술 개발이 진행 중인데, 가장 크게 주목받고 있는 것은 건물 일체형 태양광 발전시스템인 ‘BIPV’ ”이라고 밝혔다. 이어 “BIPV는 ‘Building-Integrated PhotoVotaic’ 의 줄임말로 BIPV에 적용되는 태양광 모듈의 재료로 유기태양전지가 사용된다”라며 “동사는 유기태양전지 투명전극 소재인 나빌을 개발해 시장 성장에 맞춰 수혜를 받을 것으로 예상한다”라고 덧붙였다. 엠에스웨이는 2003년에 설립되어 반도체 임베디드 소프트웨어 사업(마이크로 컨트롤러에 속도,온도, 센서 등에필요한 각종 제어 프로그램을 개발해 자동차 등에 솔루션을 적용하는 기술)과 신소재 사업을 영위하던 중 반도체 임베디드 소프트웨 어 사업을 2022년 8월에 매각했다. 현재는 신소재 사업부만이 남았으며 이를 통해 3세대 유기태양전지용 투명전극 소재인 나빌을 개발한 것이다. 3세대 유기태양전지는 실리콘 태양전지에 비해 가볍고 유연하며 반투명이 가능하다. 또한 광전변환효율(빛을 전기로 전환하는 비율로 태양광 발전의 핵심)이 높다. 나빌은 기존 3세대 유기태양전지용 투명전극인 ITO(인듐주석 화합물)에 대비해서 유연성 등의 다양한 응용성을 가진다는 장점이 있다. 이러한 장점을 통해서 건물일체형 태양광발전시스템(BIPV), 스마트 윈도우 등의 제품에 적용될 예정이다. 리서치알음에 따르면, 엠에스웨이는 2015년 네이쳐에 게재된 논문을 바탕으로 출원상태였던 특허를 2016년에 이전받아 한국을 포함 한 5개 지역에 국내외 특허를 등록했다. 엠에스웨이의 투명 유기 태양전지는 하단부터 기판, 금속핵 유도층, 금속층, 기능층의 순서로 이루어진다. 나빌의 핵심 기술력은 금속핵 유도층이 증기화된 금속(Ag, 은)과 배위 결합 해 매우 얇은 금속층이 형성하고 이후에 금속을 증착시키면 금속이 균일하게 배열되어 유연하면서 낮은 저항(더 많은전류가 흐를 수 있는통로)을 유지할 수 있게 만드는 것이다. 우 연구원은 “글로벌 유기태양전지 시장 규모는 2019년 기준 7000만 달러이며 연평균 28.9%로 성장해 2025년까지 3억 4000만 달러의 시장 규모를 달성할 것으로 전망된다”라며 “현재 유기태양전지의 소재로서 ITO가 약 90%의 점유 율을 차지하고 있는데, 향후 나빌이 유연성과 가격경쟁력을 기반으로 ITO를 대체하는 차세대 태양전지 소재가 될 것이라 기대한다”라고 전했다. 현재 한국은 한국판 뉴딜에 그린 뉴딜을 포함하고, 2050년 탄소중립 목표를 선언하는 등의 적극적인 신재생에너지 확대 정책을 추진 중이다. 2020년부터 시행되고 있는 제로에너지건축물 인증 의무화는 2030년까지 국내 연면적 500제곱미터 이상의 민간·공공 건축물까지 확대된다. 이를 통해 건물 일체형 태양광 발전시스템이 주목을 받고 있다. 우 연구원은 “동사의 제품인 나빌은 건물 일체형 태양광발전시스템에 사용되는 제품인 유기태양전지와 페로브스카이트에 공급되어 수혜를 받을 것으로 기대한다”라며 “신소재사업부에서 스마트 윈도우용 투명전극 소재를 통해 2022년 하반기부터 매출 발생이 시작해 건물 일체형 태양광 발전시스템 등의 산업 성장과 함께 할 것으로 전망한다”라고 부연했다. kakim@fnnews.com 김경아 기자

[파이낸셜뉴스] 광주과학기술원(GIST) 신소재공학부 김동유 교수팀이 유기태양전지를 만드는 공정에 작은 물방울 하나를 첨가해 전기변환 효율을 높였다. 태양전지가 만들어지는 과정에서 물방울을 이용해 전기를 만들어내는 광활성층을 최적화한 것이다. 그결과, 넓은 면적의 유기태양전지 광전효율이 10.47%에서 최고 11.92%로 개선됐다. 김동유 교수는 3일 "고효율·고안정성의 대면적 유기태양전지 대량생산 및 실용화를 앞당기는 데 기여할 것"으로 내다봤다. 유기태양전지는 무기태양전지에 비해 저온 용액 공정이 용이하고 가벼우면서도 유연하며 비교적 투명한 필름을 가지는 것이 특징이다. 연구진은 소량의 물을 이용한 친환경 공법으로 대면적 유기태양전지 제작 과정에서 용액내 분산상태를 쉽게 제어했다. 즉, 유기태양전지 제작 및 준비과정에서 대기시간 동안 발생하는 도너나 억셉터 물질들이 과도하게 뭉치는 것을 막아 최적의 활성층 박막을 얻어냈다. 20마이크로리터의 물을 이용한 수처리 공법은 이중층으로 형성된 물이 유기용매 안에 섞이지 않은 작은 물방울(droplet) 상태로 침투한다. 물방울 주변에 작은 소용돌이를 만들어 유기용매 안의 도너와 억셉터가 뭉치는 것을 막고 고르게 분포하게 만드는 역할을 한다. 도너-억셉터는 유기태양전지 내 햇빛을 받아 전류를 만드는 부분인 '광활성층'을 이루는 물질이다. 전자가 풍부한 '도너' 물질과 전자가 부족한 '억셉터'로 구성돼 있다. 도너는 태양빛을 받아 전자를 만들어 보내고, 억셉터는 도너에서 전자를 받아 분리되며 전류가 생산된다. 연구진은 대면적 유기태양전지 및 모듈을 제작하는데 슬롯 다이 프린팅 방법을 사용했다. 이를 통해 0.1㎠ 소면적 유기태양전지는 최고 13.06%, 10㎠ 대면적 유기태양전지 모듈은 최고 11.92% 효율을 달성했다. 이 기술을 사용하지 않고 만든 유기태양전지의 광전효율은 10.47%였다. 슬롯 다이 프린팅은 면적이 넓은 칼날을 이용해 액적의 맺힘 형태를 유지하며 일정 두께의 박막을 인쇄하는 방법이다. 용액 주입 및 인쇄 속도 등에 따라 다양한 형태 및 두께로 박막 특성을 제어할 수 있어, 최근 대면적 유연 전자 소자를 제작하기 위해 사용되고 있다. 김동유 교수는 "수처리 과정에서 발생하는 작은 소용돌이를 이용해 용액과 필름 상태의 도너-억셉터 분산 상태 모두를 자유자재로 제어할 수 있게 된 것이 이번 연구 성과의 가장 큰 의의"라며 "향후 롤-투-롤(roll-to-roll) 공정이 도입된 대면적 태양전지의 제작과 실용화를 위한 원천 기술을 확보한 것으로 대량생산 기술의 실용화에 기여할 것"이라고 말했다. 한편, 이번 연구는 신소재공학부 김동유 교수가 주도하고, 한나라 박사과정생(제1저자)이 수행해 나노 및 재료 분야의 권위적인 학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials)'에 프론트 표지 논문으로 선정됐으며 6월 23일 온라인 게재됐다.   monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 울산과학기술원(UNIST) 신소재공학과 최경진 교수팀은 탠덤태양전지의 수명과 효율을 동시에 잡을 수 있는 다기능성 반사 방지 필름을 개발했다. 탠덤 태양전지는 실리콘 태양전지와 페로브스카이트 태양전지를 결합한 것이다. 연구진은 여기에 이 필름을 맨 위에 올려 전력변환 효율을 22.48%에서 23.50%로 끌어 올렸다. 또한 기존에는 5시간 밖에 못 버티던 태양전지를 120시간까지 성능을 유지시켰다. 최경진 교수는 17일 "자외선도 차단할 수 있어 탠덤 전지 상용화 뿐만아니라, 자외선에 약한 유기 태양전지, 유기물 다이오드와 같은 분야에도 응용할 수 있을 것"이라고 말했다. 연구진에 따르면 이 다기능성 반사 방지 필름은 자연 태양광에서 포함된 자외선을 차단해 페로브스카이트 태양전지의 수명을 늘린다. 또 태양전지가 전기를 만드는데 필요한 가시광선의 흡수를 늘려 광전효율이 올라간다. 연구진은 자외선 차단과 가시광선 흡수를 위해 고분자 필름에 형광체 입자와 실리카 입자를 첨가했다. 고분자필름은 태양빛의 반사를 줄이기 위해 실리콘 태양전지와 비슷하게 표면에 피라미드 모양의 질감을 갖고 있다. 여기에 첨가된 형광체는 자외선을 흡수한 뒤 녹색 가시광선으로 변환시키는 역할을 한다. 이를 통해 페로브스카이트가 망가지는 자외선을 차단한다. 이와동시에 녹색 파장대의 빛 흡수를 늘려 탠덤 태양전지의 전기생산 효율을 향상시킬 수 있었다. 이와함께 미세한 구슬모양의 실리카 나노 분말을 첨가해 빛이 산란하는 것을 막았다. 연구진은 다기능성 반사 방지 필름을 탠덤 태양전지에 붙여 테스트했다. 기존 반사 방지 필름을 쓴 탠덤 태양전지의 효율은 5시간 후 초기 효율의 90%로 수준으로 떨어지다가 20시간 후에는 50% 수준으로 급격하게 줄었다. 반면 연구진이 개발한 필름을 쓴 경우 120시간이 지나도 초기 효율의 91% 이상을 유지했다. 또 초기 효율 자체도 기존 대비 약 4.5% 증가했다. 한편, 이번 연구는 미국 피츠버그대 이중건 교수팀과 함께했으며, UNIST 김찬울 신소재공학부 박사후연구원과 피츠버그대 이성하 기계·재료공학부 박사후연구원이 제1저자로 참여했다. 또한 이번 연구결과는 기능성 소재분야의 세계적 학술지인 '어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)'에 6월 24일 온라인 공개돼 정식 출판을 앞두고 있다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자