나노패턴기술을 이용해 더 많은 햇빛을 흡수해 전기로 바꾸는 태양전지가 국내 연구진에 의해 개발됐다. 이에 따라  차세대 태양전지의 광전효율을 높일 수 있는 가능성을 열었다.

교과부는 지난 9일 연세대 김은경, 김종학 교수팀이 한국연구재단이 추진하는 선도연구센터(ERC)사업 일환으로 진행한 이같은 연구 결과를 발표하고 그 내용을 응용화학 분야의 권위지인 ‘앙게반테 케미’지 최신호(7월9일자)에 결과논문을 게재했다고 밝혔다.

차세대 에너지 생산기술 중 무한한 태양 빛을 이용한 태양전지는 소재, 사용목적 및 효율에 따라 많은 기술로 세분화되는데 이를 저렴하게 상용화하고자 하는 노력이 전 세계적으로 활발히 진행되고 있다.

그 중 식물의 광합성 원리를 이용한 염료감응형 태양전지는 기존에 상용화된 실리콘, 고분자 전지에 비해 만들기 쉽고 경제적이며, 투명하게도 만들 수 있어 건물의 유리창 등에 직접 활용할 수 있는 차세대 고효율 전지로 각광 받고 있다.

김은경, 김종학 교수 연구팀은 나노미터급 크기의 구멍을 메울 수 있는 전도성 고분자와 나노패터닝 기술을 이용해 안정하면서도 효율이 높은 전도성 고분자 기반의 염료감응형 태양전지를 개발하였다.

특히 이번 성과는 염료감응형 태양전지에 처음으로 나노패턴을 도입하여 빛 수확기술을 활용했다는 점이 큰 특징이다.

이와 함께 연구팀은 기존 태양전지를 만드는 과정에서 1~2단계의 간단한 추가공정으로 나노패턴을 제작하고 비싼 장비(패턴장비와 노광장비)가 필요한 공정에 비해 매우 간단한 기술을 개발했다. 또 스탬프의 크기와 개수를 조절하여 원하는 면적만큼 넓게 만들 수 있기 때문에 대면적화가 가능하고, 패턴스탬프를 여러 번 재사용해도 전혀 문제없어 경제적이며, 대량생산도 가능하다.

아울러 마이크로미터(백만분의 1미터)에서부터 수백 나노미터(10억분의 1미터)까지 다양한 크기의 패턴과 다양한 모양의 패터닝이 가능하다. 그리고 이 기술은 빛 수확능력이 탁월한 광전극을 이용해 다양한 태양전지와 소자에도 활용할 수 있다.

신경호 기자 nathansin@gamtantimes.com