유기태양전지 전극소재 은으로 대체…효율↑ 비용↓

한국과학기술연구원 개발

▲은으로 대체한 전극소재를 사용한 유기태양전지 모식도.[사진제공=KIST]

[아시아경제 정종오 기자] 기존의 비싼 소재보다 값싼 은나노선으로 대체한 유기태양전지 전극소재가 개발됐다. 효율이 높아졌고 원가 절감 효과까지 나타났다.

국내연구팀 휘어지는 유기태양전지 소재를 고가의 인듐소재가 아닌 은나노선(Ag nanowire)을 대량 합성해 값싸게 생산하는 기술을 개발했다. 은나노선 자체는 고가의 소재인데 이를 롤처럼 휘어지고 면적이 큰 물질로 개발해 유기태양전지에 적용해 생산단가를 낮췄다. 이렇게 만들어진 유기태양전지는 기존 인듐 전지보다 30%이상 효율이 높고 기존 투명전극보다 전극의 단가를 60% 이상 낮출 수 있어 휘어지는 전자기기에 널리 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

휘어지는 유기태양전지를 만들기 위해서는 높은 전기전도성과 유연성을 동시에 갖는 투명한 전극이 필요하다. 기존 투명전극은 고가 인듐(In)의 한정된 자원과 고진공설비 때문에 가격이 높고 유연성도 낮았다. 이런 이유로 성능과 비용, 유연성 측면에 장점이 있는 탄소나노튜브(CNT), 그래핀, 산화아연(ZnO) 등과 각각의 장점을 복합한 하이브리드형 전극 연구가 활발하게 이뤄지고 있다.

투명전극(transparent electrode)은 광 투과성과 전기전도성이 동시에 있는 전극을 말한다. 산화 주석, 산화 인듐, 백금, 금 등의 박막을 유리에 피복한 것이 사용된다.

연구팀은 은(Ag)을 변형해 태양전지에 사용했다. 은나노선이 포함된 용액을 플라스틱 기판에 코팅하는 방식의 저렴한 용액 공정을 활용해 롤투롤(Roll-To-Roll) 방식의 대면적 투명전극을 생산했다. 개발한 기술은 대면적으로 제작이 가능하고 저가인데다 유연성이 높아 휘어지는 태양전지에 적합하다. 뿐만 아니라 은나노선 투명전극의 낮은 표면 거칠기와 우수한 전기적, 광학적 특성을 보였다. 플렉시블 디스플레이, 터치스크린 판넬과 OLED 등 많은 유연한 전자소자에 다양하게 적용될 수 있어 인듐주석산화물을 대체할 투명전극 사업화에 적합한 기술로 평가받고 있다.

이번 연구는 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 광전소재연구단 오영제 박사팀이 맡았다. 우리나라와 미국에 특허 등록했다. 연구 결과는 스몰(Small)지 온라인 최신호(논문명: Enhanced light scattering and trapping effect of Ag nanowire mesh electrode for high efficient flexible organic solar cell)에 실렸다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr