유기 태양전지 대량 생산 길 열렸다

KIST 연구팀, 대량 생산·수명향상 기술 개발

[아시아경제 정종오 기자] 유기 태양전지를 대량생산하고 수명을 향상시킬 수 있는 기술이 개발됐다.

차세대 에너지변환장치인 태양전지 개발을 위해서는 높은 성능을 가진 안정적 전자 소자 개발이 필수적이다. 전기적, 기계적 성질이 뛰어나고 반도체 성질까지 보유해 전기 조절성이 뛰어난 이황화몰리브덴은 이런 이유로 차세대 전자소자로서 각광받고 있다. '부분산화 이황화몰리브덴'은 이황화몰리브덴 중에서도 안정성이 뛰어나다.

3차원의 울퉁불퉁한 암석형태로 존재하는 이황화몰리브덴을 전기적 성능을 가진 부분산화 이황화몰리브덴을 만들기 위해서는 2차원의 단일판 형태로 제작해야 한다. 국내 연구팀이 소독약으로 쓰이는 과산화수소를 사용해 원자단위의 두께를 갖는 '부분산화 이황화몰리브덴' 제조방법을 획기적으로 개선해 성능이 뛰어난 부분산화 이황화몰리브덴 대량생산의 길을 열었다.

▲유기태양 전지와 원자힘 현미경 사진.[자료제공=KIST]

한국과학기술연구원(KIST·원장 이병권) 전북분원(분원장 김준경) 복합소재기술연구소 탄소융합소재연구센터의 조한익 박사팀이 쉽고 대량생산이 가능한 판상형 '부분산화 이황화몰리브덴' 제조법을 개발해 냈다. 연구팀은 판상형 '부분산화 이황화몰리브덴' 제조를 위해 이황화몰리브덴과 약하게 반응할 수 있는 과산화수소와 단순 혼합 및 교반을 이용했다. 용액공정이 가능한 부분산화 이황화몰리브덴 나노시트 제조와 고농도 분산을 갖는 용액을 성공적으로 만들어냈다.

자연에서 암석형태로 발견할 수 있는 이황화몰리브덴은 다층구조(3차원)를 가지고 있다. 태양전지에 적합한 특성을 갖는 재료를 제조하기 위해서는 이황화몰리브덴을 얇은 판상형으로 제조하고 그 위에 산화몰리브덴 입자를 올려야 하는 복잡한 공정을 거친다. 특히 기존 제조법은 장시간의 초음파를 암석에 처리해 제조하기 때문에 대량생산이 어렵고 이황화몰리브덴의 농도가 낮았다. 또한 박리되지 않은 물질은 재분리 과정을 통해 다시 분리해야 하는 어려움이 있다. 이 때문에 고농도의 판상형 이황화몰리브덴 제조에 어려움이 있었다.

이번에 개발된 제조법은 손쉬운 방법으로 기존 공정대비 공정을 2단계로 줄이고 고농도의 우수하고 안정한 '부분산화 이황화몰리브덴'을 제조할 수 있게 돼 대량 생산의 길을 열었다. 조 박사는 "개발된 나노소재 박리방법은 값싼 원료를 이용하며 손쉽고 대량생산이 가능하다"며 "앞으로 이차원 나노소재 제조의 상업화에 쉽게 이용할 수 있을 것으로 보인다"고 말했다.