[창원=쿠키뉴스] 강종효 기자 = 한국재료연구원(KIMS, 원장 이정환) 표면재료연구본부 송명관 박사 연구팀과 ㈜CEN(대표 이요한 / 경남테크노파크, Nano Convergence Center, GNTP 입주기업) 연구총괄책임자인 한상철 박사는 부산대학교 이형우 교수, 한국항공대학교 신명훈 교수와 함께 은(Ag) 입자가 포접된 다공성(메조포러스) 실리카 나노구상입자를 이용해 극한환경에서도 작동하는 고효율의 고체 섬유형 태양전지를 개발하는데 성공했다.
전하수송층인 다공성-이산화티타늄(TiO2) 층은 비표면적(표면적/부피)이 높아 광활성층인 염료의 흡착성이 우수하다는 장점이 있지만 높은 밴드갭(Eg = 3.2 eV)으로 인해 가시광 영역에서의 광 수확이 어렵다는 단점이 있다.
연구팀은 이를 보완하기 위해 광촉매가 합성된 전하수송층 소재 개발에 집중했다.
연구팀은 다공성-이산화티타늄 층에 은(Ag)이 내장돼 있는 이산화규소(SiO2) 나노입자를 합성해 국부적 표면 플라스몬 공명(LSPR)을 통해 향상된 광 수확과 전하수송 효과를 얻었다.
이를 통해 고체섬유형 태양전지의 실험군 대비 약 36% 향상시킨 5.3% 이상의 광전변환효율(PCE)을 얻을 수 있었다.
연구팀은 롤투롤 공정이 가능한 고체전해질을 활용한 섬유형 태양전지를 개발한 바 있다.
또한 태양전지의 핵심소재인 다공성-이산화티타늄(TiO2) 전하수송층에 은(Ag)이 내장돼 있는 다공성 이산화규소(SiO2) 나노입자를 이용해 태양전지 성능을 획기적으로 향상시킨 고체 타입의 섬유형 태양전지를 구현하는데 성공하기도 했다.
고성능 및 고안정성 고체 타입의 섬유형 태양전지 산업은 기존의 실리콘 태양전지에 비해 저렴한 비용과 가공의 용이성, 소재의 유연성과 다양성 등의 강점을 바탕으로 미래 웨어러블 및 프린터블 시장 등으로 대표되는 유비쿼터스 태양전지 시대를 선도할 것으로 예상된다.
이 기술은 낮은 단가와 간단한 합성방법을 이용해 대량생산뿐만 아니라 태양전지의 광전변환효율을 극대화 할 수 있는 은(Ag)이 내장돼 있는 다공성 이산화규소(SiO2) 나노입자를 이용해 극한환경에서도 안정적으로 작동이 가능한 섬유형 태양전지를 개발했다.
연구책임자인 한국재료연구원 송명관 책임연구원은 "극한환경에서도 안정한 고체 타입의 섬유형 태양전지 구현을 위해 전하수송층 개발의 새로운 관점을 제시했다"며 "향후 배터리와 같은 에너지 저장장치와 접목시켜 다양한 휴대용 전자기기의 전원공급 장치로 활용할 수 있을 것으로 전망한다"고 말했다.
