최효성 한양대 교수(화학과)와 김혁 서울시립대 교수(전기전자컴퓨터공학부), 고서진 한국화학연구원(KRICT) 박사 연구팀이 3D 광학 시뮬레이션으로 반투명 유기 태양전지를 예측해 반투명 유기 태양전지 효율을 10% 증가시켰다.

반투명 태양전지는 건물의 창문과 자동차 유리창의 형태로 햇빛을 전기로 변환할 수 있기에 미래 기술 분야에서 관심을 끌고 있다. 실생활에서 선팅된 건물 창문과 자동차 유리의 태양광 투과율은 30%지만, 해당 연구팀이 개발한 반투명 태양전지는 이보다 높은 40%의 투과율을 보여준다. 태양광을 통한 전력 생산율이 10%에 달해, 유리창은 물론 태양전지의 기능도 훌륭히 수행할 수 있다.

해당 연구팀은 반투명 태양전지의 성능 향상을 위해 ‘은 나노선 투명 전극 개발’에 집중했다. 투과율이 저조한 일반 금속 상부 전극과 달리 은 나노선 투명 상부 전극은 △낮은 비용 △낮은 면저항과 용이한 가공성 △높은 투과율 때문에 반투명 태양전지의 유망한 전극 재료로 주목받고 있다.

본 연구진은 3D 광학 시뮬레이션을 도입해 은 나노선 투명 전극의 성능과 빛의 투과율 예측에 성공했다. 이를 바탕으로 반투명 유기 태양전지를 디자인하고 실제 실험에 적용해 세계 최고 성능에 달성했다.

최효성 교수는 “반투명 태양전지 분야 연구자들의 불필요한 시행착오를 줄이기 위해 노력했으며, 그 결과로 은 나노선 투명 상부 전극 제조 기술력까지 확보할 수 있었다”며 “이번 연구를 통해 이 분야의 급격한 발전이 이뤄져 상용화 된 반투명 태양전지를 빠른 시일 내 볼 수 있기를 기대한다”라고 말했다.

연구진은 ‘광범위한 반투명 태양전지를 위한 투명 상부 전극 제조법에 대한 기술력’을 인정받아 주식회사 세미엘렉과의 기술이전에 성공했다.

이 연구는 한국연구재단의 지원과 한양대 교내연구지원사업의 지원을 받아 수행됐으며, 『Advanced Energy Materials』에 게재됐다.

신다인 기자 shin@kyosu.net

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