국내 연구진이 차세대 에너지원으로 주목받는 유기 태양전지의 모듈 효율을 크게 향상시키고 제작공정을 단순화하는 기술을 개발해냈다. 빛을 받아 전기에너지를 생성할 수 있는 면적을 극대화하는 기술로 향후 인쇄형 유기 태양전지 상용화 연구에 실마리가 될 것으로 기대된다.

* 유기 태양전지 : 플라스틱 같은 유기물을 광활성층의 주원료로 사용하는 태양전지

광주과학기술원(GIST) 신소재공학부 이광희 교수(교신저자)가 주도하고 강홍규 박사과정 연구원(제1저자) 등이 수행한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업의 지원으로 수행되었고 연구결과는 재료과학분야 국제학술지 어드밴스드 머티리얼스지(Advanced Materials) 3월 15일자 표지논문으로 게재되었다. (논문명 : A New Architecture for Printable Photovoltaics Overcoming Conventional Module Limits)

유기 태양전지는 실리콘 또는 화합물 반도체를 주원료로 하는 무기 태양전지와 달리 용액공정이 가능하고 휘어질 수 있어 다양한 곡면에 부착하는 태양광 발전 등으로의 응용 가능성 때문에 주목받고 있다.

다만 실용화를 위해 신문을 찍어내듯 연속적으로 유기 태양전지를 생산해야 하는 데 이를 위해서는 대면적 기판 위에 작은 태양전지들을 직렬로 연결하는 기술이 필수적이었다.

연구팀은 은(銀) 나노입자를 첨가해 만든 소면적 유기 태양전지들 간 연결부위에 전기장을 가해 이들 사이에 금속 필라멘트 나노전극을 형성시켜 소면적 유기 태양전지를 직렬로 배열시키는 데 성공했다.

소면적 유기 태양전지를 패턴 없이 직접 전극으로 연결하는 새로운 방식을 제시함으로써 향후 대면적 인쇄형 유기 태양전지 상용화에 기여할 것으로 기대된다.

특히 직렬연결을 위한 면적 손실을 줄임으로써 유효면적이 증가돼 소면적 단위소자 효율과 대등한 대면적 모듈 효율을 달성할 수 있었다.

실제 이같은 태양전지 모듈 제작기술을 이용한 결과 종전 소면적 단위소자 대비 60~70%의 모듈 효율을 90% 수준까지 향상시킬 수 있었다.

기존에는 소면적 유기 태양전지들을 마이크로미터 간격으로 형성하고 이를 다시 직렬로 연결하는 번거로운 공정이 필요한 데다 직렬연결을 위한 면적의 확보가 필요하기 때문에 유효면적을 늘리는 데 한계가 있었다.

이광희 교수는 “본 연구결과는 기존 유기태양전지 모듈제작 방식에서 탈피한 새로운 모듈 제작방식을 제시함으로써 유효면적이 극대화된 신규 모듈 구조를 가능하게 하여 인쇄형 유기 태양전지의 상용화를 더욱 앞당길 것”이라고 밝혔다.