옷에 부착하여 휴대폰 충전이 가능한 태양광 발전 핵심요소 기술 개발
• 경상대학교-서울시립대학교-서울대학교 공동연구팀
• 유기반도체 활용한 태양광 발전 핵심기술 개발
• ≪애드밴스드 머티리얼즈 인터페이시즈≫ 표지논문 선정

□ 국립 경상대학교(GNUㆍ총장 이상경) 공과대학 반도체공학과 김준영 교수와 서울시립대 전자전기컴퓨터공학부 김혁 교수, 서울대학교 반도체공동연구소 이승현 박사가 이끄는 공동 연구팀이 중･소형 전자기기를 쉽게 충전할 수 있는 ‘친환경 태양전지 핵심기술’을 개발했다.

□ 공동 연구팀이 개발한 태양전지 소자는, 알루미늄이 도핑된 이산화티타늄(TiO2)을 유기 태양전지와 페로브스카이트 태양전지의 전자추출층으로 적용한 새로운 구조로서, 스마트폰, 헤드폰, 소형 블루투스 기기, 웨어러블 스마트 기기 등의 전원으로 충전하여 활용할 수 있는 높은 에너지 변환 효율을 갖는다.

○ 연구팀은 구부리고 휠 수 있으며 옷에 부착도 가능하여, 입고 다니면서 필요할 때마다 휴대폰 충전이 가능한 태양전지로 각광받는, 유기 태양전지와 페로브스카이트 태양전지의 에너지 변환 효율을 높이기 위한 전자추출층을 개발했다.

○ 이 기술은 표면ㆍ계면기술 분야의 권위적인 학술지인 와일리(WILEY)출판사의 ≪애드밴스드 머티리얼즈 인터페이시즈(Advanced Materials Interfaces)≫에 5월 20일자로 출판, 게재되었으며 특히 저널 표지(Back Cover Image)로 선정돼 논문의 우수성을 인정받았다.

□ 현재 신재생에너지 생산원으로 주목받고 있는 태양전지는 대부분 불투명하고 딱딱하므로, 전기를 생산하기 위해서는 특정 위치에 고정하여 사용해야 하고, 이동하면서 접거나 옷ㆍ가방 등에 부착이 가능한 유연한 형태의 플렉시블 태양전지 개발이 어려웠다.

○ 특히, 유기반도체의 낮은 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital, 전자주입장벽의 기준값) 값으로 인해(LUMO 값이 낮을수록 공기 중에서 불안정함) 공기 중에서 안정한 n형 반도체를 만드는 데 어려움을 겪어 왔고, 이로 인해 n형 반도체인 전자추출층을 개발하는 데 한계가 있었다.

□ 이에 반해, 이산화티타늄 n형 무기반도체는 시중에서 판매하는 선크림에도 사용되는 재료로서 가격이 매우 저렴하고 피부에 닿아도 안전하여 태양전지의 전자추출층으로서 주목받아 왔다.

○ 그러나, 유기 태양전지와 페로브스카이트 태양전지 모두에 적용이 가능한 기술이 없어, 여태까지는 각 태양전지에 맞는 전자추출층을 일일이 설계하고 제조해야 했다. 이로 인해, 공정이 복잡해지고 공정 가격이 비싸져, 결과적으로는 플렉시블 태양전지의 제조단가를 높여 상용화의 어려움을 겪어 왔다.

□ 이에, 경상대-서울시립대-서울대 공동연구팀은 알루미늄을 첨가하여 이산화티타늄의 이동도ㆍ전도도 등의 전기적 특성을 자유자재로 조절하는 기술을 개발하고, 이를 태양전지의 전자추출층으로 적용함으로써, 단 1회의 공정만으로 다양한 종류의 플렉시블 태양전지의 전자추출층을 제조할 수 있는 기술을 개발할 수 있게 됐다.

□ 경상대 김준영 교수와 공동 연구팀은 “이번 연구 성과는 유기 반도체와 차세대 반도체 재료인 유무기 페로브스카이트 반도체를 기반으로 하는 태양전지의 상용화를 동시에 앞당길 수 있는 중요한 연구 결과이며, 플렉서블/웨어러블 전자소자에 손쉽게 적용할 수 있는 기술이므로, 향후 휴대용 기기의 전력원으로 널리 활용될 것으로 기대된다.”라고 말했다.

□ 한편, 이번 연구 결과는 한국연구재단 이공학개인기초사업과 한국생산기술연구원 원천기술개발사업(소프트 로보틱스 원천기술개발), 한국전력 기초사외공모사업의 지원을 받아 수행되었다.

-보도자료 전문 보기: 붙임 한글 파일

⊙ 경상대학교 반도체공학과 김준영 교수, 서울시립대학교 전자전기컴퓨터공학부 김혁 교수, 서울대학교 반도체공동연구소 이승현 박사(왼쪽부터)
⊙ 내용 문의: 반도체공학과 김준영 교수 055-772-1732, kimjy86@gnu.ac.kr