영하 80도 버티는 섬유형 태양전지 제작 기술 개발

국내 연구팀이 영하 80℃, 150℃ 극한 환경에서도 고성능과 안정성을 유지하는 섬유형 태양전지를 개발했다. 게티이미지뱅크 제공

국내 연구팀이 영하 80℃, 영상 150℃ 극한 환경에서도 고성능과 안정성을 유지하는 섬유형 태양전지와 섬유형 유기 발광 다이오드를 제작하는 기술을 개발했다. 

한국재료연구원(재료연)은 송명관 에너지·환경재료연구본부 책임연구원, 김재호 에너지·환경재료연구본부 선임연구원 연구팀이 오진우 부산대 교수 및 최진우 공주대 교수와 공동 연구를 통해 '하이브리드 바이오 나노구조체'를 개발하고 이를 이용해 섬유형 태양전지와 유기 발광 다이오드를 만들었다고 10일 밝혔다. 

금속나노입자를 기판에 코팅할 때 '스핀 코팅' 방법이 주로 사용된다. 스핀 코팅은 기판을 회전시킬 때 발생하는 원심력을 이용해 기판을 코팅하고 얇은 막 형태로 제조하는 방법이다. 누구나 빠르고 간단하게 박막을 만들 수 있는 장점이 있다. 반면 금속나노입자를 균일하고 질서정연하게 코팅할 수 없다는 단점이 있다. 

연구팀은 ‘M13 박테리오파지’를 금속나노입자에 합성했다. 유전물질(DNA)을 가지고 있는 생체재료인 M13 박테리오파지는 금속 양이온과 쉽게 결합해 모든 금속 양이온을 일정하게 배열할 수 있어 차세대 소재로 주목받는다. M13 박테리오파지를 금속나노입자에 합성해 만든 하이브리드 바이오 나노구조체는 공기와 수분에 높은 안정성을 가질 수 있었다. 

연구팀은 이 소재를 이용해 영하 80℃, 영상 150℃ 등 극한 환경에서도 안정적으로 작동하는 섬유형 태양전지, 섬유형 유기발광 다이오드를 제작했다. 섬유형 태양전지의 광전효율은 기존에 비해 40%, 섬유형 유기 발광 다이오드의 발광효율은 48% 증가했음을 확인했다.

연구팀은 "M13 박테리오파지를 이용하면 소재의 표면 플라즈모닉 효과를 극대화한다"면서 "이번에 개발한 기술이 전자소자를 만드는 기업에 파격적인 경제적 효과를 가져다 줄 수 있다"고 말했다. 플라즈모닉 효과는 금속 나노입자 표면에 특정 파장의 빛을 쬐면 금속의 유도전자가 강한 진동을 일으켜 열에너지를 방출하는 현상이다. 자발적으로 열을 내기 때문에 효율적이다. 

송 책임연구원은 “하이브리드 바이오 나노구조체를 활용하면 전자소자의 성능과 안정성을 함께 증가시킬 수 있다”라며 “향후 에너지 생산 및 저장 소재뿐만 아니라 센서 소재 등 다양한 분야에 적용이 기대된다”라고 말했다.
 

[이채린 기자 rini113@donga.com]