건국대 연구팀, 옷처럼 입는 태양전지 개발
융합신소재공학 전용석 교수팀, 차세대 섬유형 프로브스카이트 태양전지
건국대학교 공과대학 융합신소재공학과 전용석 교수(왼쪽부터 전용석-이민오-고요한) 연구팀이 옷처럼 자유롭게 몸에 착용할 수 있는(웨어러블성능) 섬유형 페로브스카이트 태양전지와 메탈 유연기판의 페로브스카이트 태양전지를 개발했다
이를 통해 연구팀은 연속적인 이산화 티타늄 치밀층 형성, 균일한 다공성 이산화 티타늄 코팅, 소결시 구조 유지 및 소자의 복원력을 향상시켰다.
건국대 연구팀은 또 실버 나노와이어를 전극으로 활용함으로써 섬유형 태양전지에서 가장 큰 걸림돌이 될 수 있는 투명전극문제에 대한 해결 방안을 제시했다.
이번 섬유형 페로브스카이트 태양전지 연구에 공동 제1저자로 참여한 건국대 융합신소재공학과 석사과정 고요한 학생은 “양극산화를 이용한 이산화 티타늄 2차원 나노 구조체를 만드는 연구 중 태양전지에 적용되지 않았던 나노 구조체를 발견하였고, 섬유형 태양전지 구조에 가장 적합할 것 같아서 이것을 적용하게 됐다”고말했다.
섬유형 태양전지 연구에 대해 전용석 교수는 ”섬유형 기반의 차세대 페로브스카이트 태양전지는 기존 연구가 부족한 분야로, 이번 연구의 결과가 섬유형 기반의 페로브스카이트 태양전지연구에 밑거름이 될 것으로 기대된다”고 말했다.
이번 연구결과는 국제 저명 학술지 JMCA (Journal of Materials Chemistry A, IF:7.443)에 지난 8월 표지논문으로 게재됐다. (논문명: Efficient fiber-shaped perovskite photovoltaics using silver nanowires as top electrode)
건국대 연구팀은 또 메탈 유연기판 플렉서블 페로브스카이트 태양전지 연구에서 기존 고분자 기반의 기판을 대체해 메탈 유연기판을 적용해 플렉서블 페로브스카이트 태양전지를 개발했다.
특히 이번 연구에서 연구팀은 높은 빛 투과도를 지닌 인듐주석산화물(ITO)을 활용하여 금속전극을 대신했다. 또 ITO가 지닌 취성(brittleness) 문제를 해결하기 위해 은을 ITO기판에 주입(embed)했고, 이는 ITO에 내구성을 부과하여 높은 전도성을 지닌 휘어지는(플렉서블) 투명 전극 기판으로서 사용할 수 있게 했다.
전용석 교수는 “용액 공정이 가능하고, 풍부한 자원과 함께 고효율을 내는 페로브스카이트 물질은 차세대 태양전지 물질로써 많은 연구가 진행되고 있는 물질”이라며 “이 연구는 ITO를 금속 대체 전극으로 사용할 수 있다는 가능성을 보여줬으며, ITO기판에 은을 얇게 도포하여 ITO의 취성 문제 해결 방안을 제시함으로써 향후 플렉서블 태양전지 소자연구에 많은 도움이 될 것이 기대된다”고 말했다. 이 연구에는 울산과학기술원(UNIST) 이민오 박사 과정생이 연구에 참여하였다.
이번 연구는 국제 저명 학술지 JMCA (Journal of Materials Chemistry A, IF:7.443)10월호 표지논문으로 게재됐다. (논문명: Efficient, durable and flexible perovskite photovoltaic devices with Ag-embedded ITO as the top electrode on a metal substrate)
용어설명
패로브스카이트: ABX3 화학식을 갖는 결정구조로 부도체·반도체·도체의 성질은 물론 초전도 현상까지 보이는 특별한 구조의 금속 산화물. 1839년 러시아 우랄산맥에서 처음 발견되었으며 러시아 광물학자 과학자(Perovski)의 이름을 땄다.실리콘태양전지를 대체할 수 있는 차세대 태양전지 소재로 떠오르고 있다.
ITO: 산화인듐(In2O3)은 도전성을 가지고 있으나, 이것에 산화주석(SnO2)을 수~10%첨가하여 더욱 더 도전성을 높인 것을 말한다. ITO를 스패터링 타깃(Spattering Target)으로 가공하여, 글래스판에 스패터링을 하면, 투명한 도전막을 얻을 수 있다.
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4월 25일 13:30
