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| △ '저널 오브 머티리얼즈 케미스트리 A'(Journal of Materials Chemistry A)지 8월 21일자 표지에 사용된 이미지. 금속 나노결정으로부터 제조한 나노잉크를 펴 발라 구리-인듐-셀레륨 화합물 박막 태양전지를 제조하는 과정을 표현했다. |
친환경적이면서 저렴한 박막태양전지 제조공정 개발
KIST 이도권 박사팀…고가의 진공장비·유독성 유기물분산제 안 써
(서울=연합뉴스) 정성호 기자 = 건물 외벽이나 웨어러블 기기에 사용할 수 있는 박막(薄膜) 태양전지를 친환경적이면서 값싸게 만들 수 있는 공정이 국내 연구진에 의해 개발됐다.
한국과학기술연구원(KIST)은 광전하이브리드연구센터의 이도권 박사팀이 금속 나노잉크 프린팅 공정을 활용해 제조 비용을 절감하면서 효율이 높은 박막 태양전지를 만드는 기술을 개발했다고 11일 밝혔다.
박막 태양전지는 현재 널리 쓰이고 있는 실리콘계 태양전지에 비해 가벼운 데다 형태를 자유롭게 변형할 수 있어 건물이나 휴대용 기기, 웨어러블 기기 등에 폭넓게 활용될 것으로 기대되는 소재다.
하지만 박막 태양전지를 제조하려면 보통 반도체 공정에 쓰이는 고가의 진공장비가 사용돼 제조단가 절감이 숙제였다.
이도권 박사팀이 개발한 나노잉크 프린팅 공정은 진공장비 대신 일종의 프린팅 기술을 활용하면서 두 가지 측면에서 새로운 돌파구를 찾아냈다. 프린팅 기술은 진공장비를 쓰는 공법에 비해 대량생산에 적합한 기법이다.
우선 기존의 나노잉크 기술은 나노입자가 서로 엉기는 현상을 막고 치밀한 코팅막을 얻기 위해 비싸고 독성이 있는 유기물 분산제를 첨가해야 했다.
연구팀은 그러나 친환경적인 에탄올 용매 외에는 어떤 유기물도 첨가하지 않고, 세라믹 볼을 회전시켜 얻은 기계적 에너지만으로 나노[187790] 입자를 균일하게 분산시키고 이를 치밀한 박막 형태로 만드는 데 성공했다.
특히 나노잉크의 재료로 구리-인듐계 금속 나노 입자를 사용하면서 이들이 셀레듐과 만나 화합물을 이루는 과정에서 일어나는 부피 팽창을 이용해 표면에 구조 결함이 없는 고품질의 구리-인듐-셀레늄(CIS) 박막 태양전지를 제조했다.
그 결과 연구팀은 유사한 화합물로 구성된 저가형 태양전지 중 가장 높은 11.4%의 광변환 효율을 달성했다.
박막 태양전지의 시장 규모는 현재 약 3조원으로 이번에 개발한 공정을 활용하면 최대 30%의 제작 비용 감소 효과가 있다는 게 연구진의 설명이다.
또 광변환 효율을 15%까지 올리면 휴대용 전자기기의 이동용 전원으로도 활용할 수 있을 전망이다.
이 박사는 "유기물 분산제를 쓰지 않고 고품질의 박막을 형성시키는 나노잉크 제조기술을 개발한 것은 처음"이라며 "효율을 향상시킬 여지가 충분하기 때문에 저비용-고효율의 박막 태양전지를 조만간 구현할 수 있을 것"이라고 말했다.
이번 연구는 울산과학기술대학교(UNIST) 송명훈 교수팀과 공동으로 수행됐다. 연구 결과는 에너지 분야 학술저널인 '저널 오브 머티리얼즈 케미스트리 A'(Journal of Materials Chemistry A)의 이달 21일자에 표지논문으로 선정됐다.
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