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  • 기사등록 2020-10-22 14:51:17
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▲ 재료연구소(KIMS) 표면기술연구본부 에너지융합소재연구센터 송명관 박사 연구팀이 창원대학교 생물화학융합학부 안철진 교수팀과 공동 연구를 통해 세계 최고 성능의 고체섬유형 태양전지를 개발하는데 성공했다. 사진은 섬유형 태양전지의 단면과 실제 섬유형 태양전지의 모습



[기계신문] 재료연구소(KIMS) 표면기술연구본부 에너지융합소재연구센터 송명관 박사 연구팀이 창원대학교 생물화학융합학부 안철진 교수팀과 공동 연구를 통해 염료감응형(dye-sensitized solar cell) 태양전지의 핵심소재인 고체전해질을 개발, 이를 이용해 세계 최고 성능의 고체섬유형 태양전지를 개발하는데 성공했다.


이번에 개발한 기술은 기존에 많이 사용하고 있는 태양전지의 핵심소재인 액체전해질 대신 고체전해질을 대량으로 합성해 롤투롤 공정이 가능한 고체 타입의 섬유형 태양전지를 제작할 수 있는 기술이다.



▲ TEMPOL 유도체를 이용해 합성되어진 고체전해질 3종류



기존의 액체전해질은 누수가 심해 태양전지의 안정성과 광전효율을 급격히 떨어뜨리는 단점이 있다. 연구팀은 이런 단점을 보완하기 위해 태양전지에 알맞은 고체전해질 소재 개발에 집중했다.


연구팀은 프로필렌카보네이트 용액과 OCR(Optical Clear Resin)을 잘 섞어 필름화를 시킨 후 필름화된 고체전해질을 템폴(TEMPOL) 유도체에 침지화 시키는 방법을 사용했다. 그 결과, 고체섬유형 태양전지의 광전효율(PCE, Power Conversion Efficiency)을 세계 최고 수준인 6% 이상으로 얻을 수 있었다.


▲ 세계 각 기관에서 개발한 섬유형 태양전지의 광전효율



고체 타입의 섬유형 태양전지 산업은 기존의 실리콘 태양전지에 비해 저렴한 비용과 가공의 용이성, 소재의 유연성과 다양성 등의 강점을 바탕으로 웨어러블(wearable), 프린터블(printable) 시장 등 미래의 새로운 용도를 이끌어갈 유비쿼터스 태양전지 시대를 선도할 것으로 예상된다.


이번 개발 기술은 낮은 단가와 간단한 합성방법을 이용해 대량생산은 물론, 대기 중에서도 안정적인 고체전해질를 이용해 세계 최고 효율의 고체 타입 섬유형 태양전지를 개발한 것으로 향후 섬유 전자산업을 선도할 초석이 될 것으로 기대된다.



▲ 섬유형 태양전지의 굽힘 및 세탁성 테스트 모습



재료연구소 송명관 책임연구원은 “이 기술은 저비용 및 고효율 고체 타입의 섬유형 태양전지를 제작할 수 있는 기술로, 향후 배터리와 같은 에너지저장장치와 접목해 다양한 휴대용 전자기기의 전원공급 장치로 사용할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.


이번 연구는 재료연구소 주요사업의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 그린 화학, 엔지니어링, 2차 전지 등 화학 소재 및 에너지 분야 국제학술지 ‘에이씨에스 서스테이너블 케미스트리 앤 엔지니어링(ACS Sustainable Chemistry & Engineering)’ 표지논문으로 10월 12일자 게재됐다.


한편, 연구팀은 개발 기술을 배터리와 접목시켜 에너지 생산뿐만 아니라 저장까지 가능한 에너지 융합 연구를 현재 수행 중에 있다.


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한음표 기자 hup@mtnews.net

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