“자유자재로 늘어난다” KAIST, 고성능 스트레처블 태양전지 개발

자유자재로 늘어나는 고성능 스트레처블 태양전지가 국내에서 개발됐다.

KAIST는 생명화학공학과 김범준 교수 연구팀이 신축성과 전기적 고성능을 두루 갖춘 스트레처블 유기 태양전지(organic solar cells)를 구현하는 데 성공했다고 26일 밝혔다.

신규 개발된 전도성 고분자의 화학 구조 및 해당 소재가 사용된 스트레처블 유기 태양전지의 성능 도식화 자료. KAIST 제공

기존 태양전지는 전자소자의 전력을 공급하는 필수적 소자지만, 신축성을 갖기 어려워 웨어러블 소자로 구현되는 데 한계가 따랐다.

반면 유기 태양전지는 빛을 받아 전기를 생산하는 광 활성층이 유기물로 구성된 전자소자로, 기존 무기 재료 기반의 태양전지보다 가볍고 유연해 웨어러블 전자소자로 활용하는 데 적합한 장점이 있다.

특히 김범준 교수 연구팀은 높은 전기적 성질을 가진 전도성 고분자에 고무처럼 늘어나는 고신축성 고분자를 화학적으로 결합·연결해 높은 전기적 성능과 기계적 신축성을 동시에 갖게 하는 새로운 형태의 전도성 고분자를 개발했다.

개발된 고분자는 현재 세계 최고 수준의 광전변환효율(19%)을 가진 유기 태양전지를 구현하면서도, 기존 소자와 비교해 10배 이상 높은 신축성을 가졌다.

연구팀은 이를 통해 40% 이상 잡아당겨도 작동하는 세계 최고 성능의 스트레처블 태양전지를 구현, 사람이 착용 가능한 태양전지의 응용 가능성을 증명했다.

(왼쪽부터) 김범준 KAIST 생명화학공학과 교수, 이진우 KAIST 응용과학연구소 박사, 이흥구 KAIST 생명화학공학과 석사과정생. KAIST 제공

김범준 교수는 "고성능 스트레처블 태양전지는 새로운 개념의 고분자 소재 개발로 만들어낸 성과물“이라며 ”이 기술은 앞으로 자유 형상과 신축성을 요구하는 다양한 전자소자에 응용 가능한 원천기술로 활용될 수 있다"고 강조했다.

이번 연구는 한국연구재단의 지원을 받아 KAIST 이진우·이흥구 연구원이 공동 제1 저자로 참여하고, 기계공학과 김택수 교수와 생명화학공학과 리섕 교수팀이 공동으로 진행했다.

연구결과(논문)는 국제 학술지 '줄(Joule)' 12월 1일자에 게재됐다.

대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr