포스텍 박태호 교수팀, 신축성 유기 태양전지 개발…'늘릴수록 강해진다'

차세대 웨어러블 핵심 전력원…상용화 가능성 높여

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햇빛 먹는 고무줄 전지, 늘릴수록 더 강해진다.

웨어러블 기기 시장의 급성장과 함께 전력 공급 기술도 진화를 거듭하고 있는 가운데, 포스텍 연구팀이 새로운 전기를 마련했다.

포스텍 화학공학과 박태호 교수 연구팀은 늘어날수록 전기 생산 효율이 증가하는 '신축성 유기 태양전지(IS-OPV)'를 개발했다고 27일 밝혔다.

이 태양전지는 고무줄처럼 자유롭게 구부러지거나 늘어나면서도 기존 한계를 뛰어넘는 전력 안정성과 효율을 확보해, 웨어러블 전력원으로의 상용화 가능성을 크게 높였다는 평가다. 이번 연구는 세계적인 에너지 분야 학술지 어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials) 속표지 논문으로 채택되며 주목받고 있다.

유기 태양전지는 가볍고 유연하다는 장점이 있으나, 다층 구조로 이루어져 있어 신축성이 요구되는 환경에서는 층간 박리 등으로 성능이 급격히 저하되는 한계를 안고 있었다. 특히, 핵심 구성 요소인 '전자 수송층'이 경직되어 있어 물리적 변형에 취약한 것이 대표적인 문제점으로 지적돼 왔다.

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박 교수 연구팀은 전도성 고분자와 이온 젤을 혼합한 새로운 형태의 전자 수송층을 도입해 이 문제를 해결했다. 젤리처럼 부드러운 이 소재는 신축성과 전기 전도성을 동시에 확보하면서도, 전지 구조의 안정성을 유지하는 완충재 역할을 수행한다. 이로 인해 태양전지가 늘어나는 물리적 충격에도 내부 구조가 손상되지 않아, 전력 생산 능력을 유지할 수 있게 됐다.

연구 결과, 새로 개발된 전자는 20%까지 신축되어도 전력 변환 효율의 감소 없이 안정적으로 작동했다. 더 나아가 출력 전력은 기존 0.28mW에서 0.35mW로 약 23% 증가해, '늘어날수록 더 잘 작동하는 태양전지'라는 개념이 현실로 구현됐다는 점에서도 의의가 크다.

박 교수는 "이번 연구는 태양전지의 구조적 제약을 극복하고, 기계적 변형을 에너지 생산의 이점으로 전환시킨 중요한 성과"라며, "향후 피부 부착형 센서, 스마트 의류 등 차세대 웨어러블 기술의 핵심 전력원으로 발전 가능성이 높다"고 강조했다.

한편, 본 연구는 과학기술정보통신부의 '탄소제로 그린 암모니아 사이클링 연구사업'과 '스트레처블 투명 태양전지 핵심 소재 및 소자 개발사업'의 지원을 받아 수행됐다.