전북대학교 나석인 교수(유연인쇄전자전문대학원) 연구팀이 인쇄공정을 활용해 세계 최고 수준의 효율을 달성한 차세대 태양전지를 개발한 연구성과가 세계 학계에서 큰 주목을 받고 있다.

나 교수팀은 광흡수 특성과 전하 수송 능력이 우수한 삼성분계(터너리) 조성을 광활성층으로 이용, 이를 활용한 슬롯다이 인쇄공정 기반의 유기태양전지를 개발 및 제작하는 데 성공했다.

특히 이 연구 성과는 에너지과학 분야 세계적인 학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials’(IF=24.884) 표지논문으로 선정돼 9월에 출판될 예정이다.

연구팀은 인쇄공정으로 제조된 삼성분계 광활성층의 나노모폴로지 제어를 위해 첨가제 함량과 후처리 공정 기술을 개발하고, 향상된 전하 이동 특성을 유도함으로써 효율을 극대화 했다.

연구진들은 삼성분계 박막의 최적화와 효율 향상의 메커니즘 규명하고, 이를 통해 인쇄공정으로 제조된 유기태양전지 중 세계 최고 수준인 13.5% 광전변환효율을 달성했다.

특히 이번 연구에 사용된 슬롯다이 인쇄공정은 Roll-to-Roll (유연인쇄공정) 및 대면적-모듈 제조공정에 적용 가능한 복합적인 기술로써, 유연 태양전지와 대면적-모듈 (30cm2) 제조공정으로 손쉽게 전환돼 9.57%, 8.6%의 높은 광전변환효율을 달성하는 등 상용화 진입 단계 수준의 효율을 확보한 것으로 평가했다.

이번 연구는 나석인 교수를 비롯해 서유현 대학원생(박사과정), 이정주 대학원생(석사과정), 호주연방과학산업기구(CSIRO) 박두진 박사가 참여한 가운데 ‘한국전력연구원 (주력연구사업)’, ‘한국연구재단 (기초연구사업)’, 등의 지원으로 수행됐다.

나석인 교수는 “이번 연구 성과는 슬롯다이 인쇄공정을 통한 고효율 삼성분계 유기태양전지 실현 가능성과 Roll-to-roll 및 대면적-모듈 공정에 결합 가능한 기술로 차세대 태양전지의 상용화 기반 구축에 크게 기여한 것”이라고 설명했다.

/정병창기자 woojuchang@