태양전지 효율·대면적화 구현하는 새 코팅 소재 나왔다

화학연, 태양전지 반사 방지 코팅소재 개발
불소 고분자 소재에 전도청 첨가제 주입

한국화학연구원은 불소 고분자 소재에 전도성 물질인 탄소나노튜브를 첨가해 효율과 대면적화를 가능케 하는 태양전지용 반사 방지 코팅 소재를 개발했다. 사진은 롤투롤로 제작된 대면적 반사방지 필름 모습 화학연 제공

화학연에서 개발한 태양전지 반사 방지 코팅 소재 개발을 위한 스퍼터링 코팅 공정 개념도 화학연 제공

태양전지 효율을 높이면서 대면적으로 제조할 수 있는 새로운 코팅 소재가 개발됐다. 앞으로 다양한 종류의 태양전지와 스마트폰, 컴퓨터 등 첨단 디스플레이 소재로 활용할 수 있을 전망이다.

한국화학연구원은 이상진 박사 연구팀과 김진영 울산과학기술원(UNIST) 교수 연구팀이 공동으로 빛을 잘 투과시키는 태양전지용 반사 방지 코팅 소재를 개발했다고 24일 밝혔다.

태양전지는 빛에너지를 전기에너지로 바꿔주는 원리로 구동된다. 이 때문에 반사되지 않고 투과되는 빛의 양이 많을수록 태양전지의 효율이 높아진다. 태양전지의 반사 방지 코팅 소재는 빛 투과율을 높여 효율 향상에 중요한 역할을 한다.

하지만 투과율을 높이면서 대면적으로 제조하기 어려워 주로 코팅 대신 특정 필름을 제작해 기판 위에 추가로 붙이는 복잡한 공정을 거쳐야 한다. 더욱이 반사 방지 코팅 소재는 원재료 덩어리에서 얇은 필름을 얻기 위해 스퍼터링 공정이 필수적인데, 대면적 양산 코팅 공정에 적용하기 쉽지 않은 한계가 있다. 스퍼터링은 진공상태에서 양이온을 원재료(음극)에 충돌시킬 때 튀어 나오는 원자나 분자가 아주 얇은 막 형태로 주위에 부착되는 공정을 뜻한다.

연구팀은 빛 투과율이 높고 굴절률이 매우 낮은 불소 고분자 소재에 전도성 첨가제(탄소나노튜브)를 주입해 태양전지 효율을 높이면서 대면적 상용화가 가능한 새로운 코팅 소재 기술을 개발했다. 이 소재는 상용화에 걸림돌로 작용했던 고주파 스퍼터링 방식이 전혀 필요 없어 대면적 코팅 필름을 쉽게 제조할 수 있다.

연구팀은 스퍼터링 공정에서 비스듬히 기울여 코팅 소재 속 불소 물질이 태양전지 전하 수송층에 스며들게 해 전하이동도를 코팅 전보다 45% 가량 높여 효율을 향상시켰다. 개발된 소재를 페로브스카이트 태양전지에 적용한 결과, 유리 기판의 가시광선 영역에서 평균 빛 투과율이 3.2%p 높아졌고, 최종 태양전지 효율은 소재 적용 전 24.17%에서 적용 후 25.30%로 증가한 것으로 나타났다.

이영국 화학연 원장은 "이 기술은 태양전지를 비롯해 차량용 디스플레이 등 첨단 디스플레이 코팅 소재로 활용이 가능해 국내 첨단 소재 기술 발전에 크게 기여할 것"이라고 말했다.

이 연구결과는 국제 학술지 '어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(6월호)' 표지 논문으로 실렸다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr