□ 한국세라믹기술원(원장 정연길) 허수원·최준영·박인표 공동연구팀은 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 나노 및 소재 기술개발사업 국가핵심소재연구단(플랫폼형)의 지원을 통해 접고 구부릴 수 있는 유연한 태양전지를 개발했다고 밝혔다.
   
 ○ 무한한 에너지원인 태양광을 전기로 만드는 태양전지는 화석연료 대비 kWh당 생성되는 이산화탄소를 크게 줄일 수 있는 점에서 2050 탄소중립의 이산화탄소 배출량 감축목표에 부합하는 에너지 기술로 각광받고 있다.
    
 ○ 현재, 태양광 산업을 이끌고 있는 실리콘계, 무기계를 바탕으로 한 태양전지는 태양광의 15-25% 정도만 전기에너지로 변환되고 있고, 유한한 자원, 고비용 생산 공정, 폐기 시 카드뮴, 납 등과 같은 유해물질 발생에 따른 문제점들도 갖고 있으며, 접고 구부릴 수 있는 유연한 기능을 구현하기에 제한되어 최근에는 이를 대체하기 위해 유기물을 활용한 차세대 태양전지 연구가 활발하다.
   
□ 공동연구팀은 유연하면서도 변형에 안정된 태양전지 개발을 위해 비정질 구조의 산화물 반도체를 투명전극으로 적용하고 고투명 고분자 소재를 기판으로 도입하였으며, 나노구조를 적용한 태양전지를 개발하였다.  
          
 ○ 기존 태양전지는 취성이 약한 결정질 구조의 ITO(인듐-주석 산화물)를 투명전극으로 적용했기 때문에 태양전지의 유연성이 부족했으나 연구팀은 IZTO(인듐-아연-주석 산화물) 조성의 산화물 반도체를 적용하여 비정질 구조의 투명전극을 제작하여 유연한 기능을 부여했다.
    
 ○ 1,000회를 반복해서 압축/이완을 시험한 결과, 기존의 ITO를 적용한 태양전지의 변환효율은 43%가 감소한 반면, 연구팀이 개발한 IZTO 전극을 적용한 초유연 태양전지의 변환효율은 5.2%만 감소함에 따라 우수한 기계적 안정성을 확인하였다. 
     
 ○ 기판은 비정질의 과불소화 고분자(CYTOP) 소재를 사용하였으며,  용액공정을 통해 1마이크로미터 두께(μm, μm는 100만분의 1m)의 초박형 기판을 제작한 결과, IZTO 투명전극을 포함하고도 88.2%의 가시광 투과도*를 보여 PET 필름을 사용하는 기존 유연 태양전지 보다 높은 투과 특성을 보였다.
     *가시광 투과도 : 투명전극을 통과해 기판으로 흡수되는 태양광의 양을 표현한 지표이며, 높을수록 태양광이 전기로 변환되는 효율은 높아짐
     
 ○ 또한, 태양광의 흡수율을 높이기 위해 광활성층과 버퍼층에 소프트 나노임프린팅 리소그래피 공정을 적용하여 1차원 구조의 선형 나노구조(선폭: 760nm, nm는 10억분의 1m)를 도입하였다.
     
 ○ 그 결과, 10o의 낮은 태양광 입사각에서도 나노구조를 도입하지 않은 태양전지 대비 최대 2.4배 변환효율이 증가되었음을 확인하였다. 
  
□ 한국세라믹기술원 허수원 박사는 “이번 연구는 향후 다양한 유연 광전소자의 투명전극으로 적용이 가능하다”며, “제작된 초유연 태양전지는 다양한 웨어러블 스마트기기, 바이오 센서 및 생체 삽입형 소자와 결합되어 외부 전원이 필요 없는 자가구동형 장치로 적용이 가능할 것으로 기대된다.”고 말했다.