차세대 저가형 신재생 에너지 신기원 열어

지스트(GIST, 광주과학기술원) 신소재공학과 연구팀이 높은 효율성을 유지하면서도 기존재료에 비해 20배가량 저렴한 저가의 유기물을 활용한‘플라스틱 태양전지’의 개발에 성공해 국제학회의 비상한 관심을 받고 있다. 특히, 이번에 개발된 플라스틱 태양전지는 전도성이 뛰어난 유기물 전극을 이용한 전혀 새로운 방식을 적용했을 뿐 아니라 제작공정도 단순화했으며 기존 전극의 단점을 극복한 독자적인 것이다.

이는 국내 연구진이 이 분야에서 고효율을 갖으면서도 보다 저가의 태양전지를 만들 수 있는 원천기술력을 갖게 됨은 물론 상용화를 크게 앞당길 수 있음을 뜻하는 것으로 향후 신개념의 태양전지 산업에서 막대한 부가가치 창출 및 국가 경쟁력 강화에 크게 기여할 것으로 전문가들은 평가하고 있다.

7일 지스트(원장 선우중호)에 따르면 신소재공학과 김동유(45, 사진) 교수 연구팀은 기존 투명전극으로 사용되고 있는 무기물투명전극(ITO전극)을 저가의 유기물로 대체하는 신개념 최저가 플라스틱 태양전지의 독자적 개발에 성공했다.

기존 사용되고 있는 투명전극(ITO)의 경우, 가격이 비싸다는 점외에 이를 휘게 할 경우 균열이 발생하는 문제로 인해 저가형 휘어지는 플라스틱 소자 구현에 한계가 있었다. 김 교수팀이 개발한 유기물전극기반의 태양전지는 이러한 문제점들을 동시에 해결한 것이어서 관심을 모으고 있다.

김 교수팀의 연구논문은“높은 전도성을 갖는 폴리머 전극(anodes)을 이용한 효율적이고 유연한 ITO없는 유기물 태양전지”(Efficient and Flexible ITO-Free Organic Solar Cells Using Highly Conductive Polymer Anodes) 라는 제목으로 재료공학 분야에서 세계적 지명도를 자랑하는‘신소재(Advanced Materials, 영향력지수(Impact Factor) 8.191)’최근호(10월1일자 온라인판)에 게재됐다.

박사과정 나석인(32, 사진, 지도교수 김동유) 학생이 연구 과정에 주도적으로 참여 개발한 이 태양전지는 미국 에너지 성에서 공인된 폴리머(P3HT/PCBM) 태양전지 효율 4%와 거의 비슷한 수준인 3.3 %의고효율을 갖을 뿐 아니라, 순수 재료비만 고려해도 기존에 사용된 투명전극(ITO) 기반의 태양전지보다, 최소 20배 이상 저렴한 것이다.

김동유 교수 연구팀은 지난해에도 김석순 박사(현 군산대학교 교수, 당시 지스트 졸업후 포스닥으로 지스트에 재직)가 주도한 브러쉬 페인팅 기법(brush painting)을 이용한플라스틱 태양전지를 개발(Advanced Materials, 18, 4410, 2007)한 바 있다. 또 박두진 박사(현 멜보른 (Melbourne) 대학 박사 후 과정, 당시 지스트 졸업 후 지스트 포스닥으로 재직)가 주도한 분무증착법(spray deposition)을 이용한 플라스틱 태양전지를 개발 (Applied Physics Letters, 91, 081102, 2007)하여, 기존 스핀 코팅(spincoating)방법으로는 불가능했던 차세대‘Roll-to-Roll’(종이를 인쇄하듯 연속적으로 프린팅하는 기술) 기반의 대량생산 시스템에 적합한 신공정기술로 평가받았다.

효율성이 높으면서도 제작공정이 간단한‘전도성이 우수한 유기물 전극을 이용한 신개념 플라스틱 태양전지’의 개발과 브러쉬 페인팅(brush painting) 및 분무증착법(spray deposition) 등의 신공정기술 개발은 플라스틱 태양전지의 제조 단가를 획기적으로 낮출 수 있다.

이에 따라 지스트는 플라스틱 태양전지 분야에서의 지속적인 원천기술 확보 및 선도적인 연구를 수행해 나갈 것으로 기대를 모으고 있다.

김동유 교수는“이번 국내 연구팀이 독자적으로 개발한 유기물 전극을 이용한 고효율-최저가 태양전지연구성과는‘플라스틱 전자공학’과 접목돼 구부릴 수 있고, 투명하며, 가볍고, 저렴한 가격의, 일회용 사용이 가능한 차세대 유기 전자소자 등에 광범위하게 활용될 수 있어 큰 기대를 모으고 있다”며“이 연구는 지스트가 지난 2000년도에 노벨 화학상을 수상한 미국 히거(Alan J.Heeger)교수와 공동으로 수행하고 있는‘히거신소재연구센터(HCAM, 센터장 히거교수)’의 값진 결과물 중의 하나로, 지스트가 향후 유기 태양전지분야를 포함한 유기 전자공학 분야에서 국제적 연구를 선도할 수 있는 역량을 보여주는 것이다”고 말했다.

광주과학기술원 2008.10.08