이 기술은 차세대 태양전지로 각광 받고 있는 고분자 태양전지의 상용화에 가장 큰 문제점인 저효율 문제를 개선할 수 있는 것이어서 고분자 태양전지의 상용화에 성큼 다가서게 됐다.
이번 기술개발은 김진영 UNIST(울산과기대) 교수, 박수진 교수와 최효성 박사과정생이 주도하고 충남대가 공동 참여했다.
실리콘박막을 이용한 태양전지는 고효율과 생산 안정성으로 주목받고 있지만 높은 생산단가에 비해 유연성이 떨어지는 반면 유기 고분자 태양전지는 제작방법이 간단하면서 저렴한 제조단가와 얇은 박막으로 제작이 가능해 유연하게 제작할 수 있는 등 무게나 두께, 형태에 제약이 적어 다양한 분야에 적용이 가능하지만 효율성이 낮아 상업화에 큰 어려움을 겪어왔다.
하지만 김진영·박수진 교수 공동연구팀은 자체 개발한 실리카로 코팅된 은 나노입자를 태양광흡수를 극대화시키는 활성층에 코팅해 세계 최고 수준의 효율을 가진 고분자 태양전지 개발에 성공했다.
김 교수팀은 은 나노입자에 실리카를 코팅함으로써 기존의 금속 나노입자와 광활성층의 접촉에 의한 에너지소실 문제를 해결했으며 나노입자를 정공수송층 위와 아래 각각 도입해 노입자와 광활성층 사이의 거리에 따른 태양전지 특성변화를 관찰하는데 성공했다.
또한 나노입자에 의한 전자기장 강화에 따른 광흡수 및 광산란 특성을 고분자 태양전지에 적절하게 이용함으로써 세계 최고 수준인 8.92%의 효율을 갖는 고분자 태양전지를 개발했다.
김진영 교수는 “이번 연구성과는 모든 박막 태양전지에 적용 가능한 원천기술이며 차세대 고효율 태양전지개발을 선도하는 국가들과의 격차를 줄인 획기적인 기술이다”라며 “이번 기술을 이용하게 되면 얇으면서도 효율이 높은 박막형 태양전지의 상용화를 앞당겨 앞으로 휴대폰이나 노트북 등 소형가전이나 휴대용 전자기기에 사용될 수 있을 것으로 기대한다”라고 밝혔다.
한편 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 세계수준의 연구중심대학 육성사업(WCU)과 ‘기후변화대응기술개발사업’, 한국에너지기술평가원이 지원하는 에너지국제공동연구의 지원으로 수행됐고 지난 4월 말 나노과학분야의 권위 있는 학술지인 ‘Nano Letters’지 온라인 판에 게재됐다.