기계연구원, 휘는 태양전지 대량 생산기술 개발

메탈그리드 메시 적용 롤투롤 태양전지 모듈.

아주경제 이한선 기자= 휘는 태양전지를 대량으로 생산하는 기술이 국내 최초로 개발됐다.

한국기계연구원은 인쇄전자연구실 김인영 박사팀이 전공정 롤투롤 인쇄기술을 이용한 유기태양전지 연속생산 기술을 개발했다고 11일 밝혔다.

유기태양전지 연속생산 기술은 다양한 유.․무기, 금속 재료를 잉크화해 이를 여러 개의 층으로 중첩해 인쇄하고 전자 소자를 만들어내는 인쇄전자 공정 기술을 기반으로 한다.

이번에 개발된 롤투롤 공정 기술은 신문을 인쇄하듯 롤에서 롤로 흘려보내며 표면에 전기적 특성을 갖는 다양한 잉크를 인쇄하는 기술로 공정이 간단하고 초기 투자비가 적게 드는 것이 장점이다.

기존 실리콘 태양전지는 효율은 높지만 무겁고 가격과 유지비용이 비싸 생산성이 떨어지는 문제가 있었다.

유기 태양전지는 기존의 딱딱한 태양전지가 아닌 말기, 접기 등이 가능한 필름형태로 가볍고 상대적으로 저렴해 의류, 가방, 천막 등 크기와 형태에 구애받지 않아 미래의 이동형 에너지 저장 장치로 경쟁적으로 연구가 진행되고 있다.

유기 태양전지는 지금까지 롤투롤 대량 생산 기술에 한계가 있었으나 이번 연구를 통해 값싸게 대량으로 연속 생산해 새로운 에너지 소자 시장을 창출 할 것으로 기대되고 있다.

개발된 롤투롤 유기 태양전지의 모듈 효율은 일반적으로 사용되는 유기 태양전지 소재인 P3HT:PC60BM 기반에서 2% 대로 세계적 연구그룹인 덴마크 국립에너지연구소와 대등한 수준이다.

기존 투명전극인 인듐산화물전극(ITO)을 대체하는 롤투롤 인쇄 메탈 그리드 메시 전극을 자체 개발해 세계적 수준인 셀 효율 2.81%, 모듈 효율 1.84%를 달성했고 나노분야 전문 저널인 나노스케일에 결과를 일부 발표하고 관련 특허를 보유하고 있다.

유기 태양전지의 가장 비싼 소재인 인듐산화물전극(ITO)을 대체하는 기술은, 유기 태양전지 상용화를 위해서 반드시 넘어야할 산이었다.

김인영 박사 연구팀은 세계 최고 수준의 유기 태양전지 제작 기술을 보유한 덴마크 국립에너지연구소의 크랩스 교수와 지속적인 국제공동연구를 수행하고 있고 ITO 대체 투명전극 제작 기술과 초미세 인쇄 및 코팅 공정 기술을 통해 롤투롤 태양전지 상용화를 위한 핵심기술 개발에 집중할 계획이다.

김 박사는 “롤투롤 공정 기술은 국내 유기 태양전지의 상용화 가능성을 제시한 의미 있는 연구 결과”라며 “저가 대량 생산의 가능성을 높이기 위해 인쇄 투명전극을 적용한 인듐산화물전극(ITO)-프리 유연 유기태양전지 기술을 롤투롤 인쇄공정을 이용해 개발했다”고 밝혔다.