자가치유 페로브스카이트 태양전지.[한양대학교 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 수천 번 휘어져도 성능이 저하되지 않는 새로운 페로브스카이트 태양전지를 개발했다.

한국연구재단은 한양대학교 신소재공학부 한태희 교수와 성균관대학교 나노공학과 전일 교수) 공동연구팀이 새로운 페로브스카이트-고분자 혼합 가교 시스템 기술을 확보하고, 기계적 변형에도 성능이 저하되지 않으며 스스로 성능을 복구하는 ‘자가치유형(self healing) 태양전지’를 개발했다고 1일 밝혔다.

광물의 일종인 페로브스카이트는 전기전도성이 우수하고 빛을 전기로 전환하는 효율이 높아 차세대 태양전지 개발의 핵심재료로 꼽히지만, 유기물에 비해 유연성과 신축성이 떨어지는 단점이 있다.

특히 차세대 전자기기는 접히는 디스플레이, 사람이 직접 착용하거나 몸에 부착하는 바이오센서 등 높은 신축성과 유연성이 요구되는 형태로 발전하고 있어, 페로브스카이트의 부족한 기계적 안정성을 보완할 수 있는 유연하고 신축성있는 소재 및 소자 개발이 필요한 실정이다.

연구팀은 페로브스카이트 광활성층의 유연성을 높이고, 반복되는 휘어짐에도 스스로 회복하는 특수 기능기를 포함한 블록공중합체를 합성, 이를 페로브스카이트 박막 결정 성장에 활용하였다.

또한 블록공중합체에 포함된 고리화합물은 고분자 공중합체끼리의 수소결합 세기를 제어하도록 설계했다.

페로브스카이트-고분자 혼합 가교 네트워크 형성에 따른 기계적 변형에 대한 안정성 및 자가 치유 매커니즘.[한양대학교 제공]

그 결과 화학적 결합과 물리적 결합이 섞여 있는 새로운 형태의 ‘페로브스카이트-고분자’ 혼합 가교 네트워크가 형성돼 박막의 기계적 변형에 대한 안정성이 기존 대비 5배 이상 향상됐다.

이 태양전지는 광전변환 효율과 수명이 높아졌고 수천 번의 강한 휘어짐 실험에도 성능을 유지했으며, 수소결합 가역성에 의해 스스로 성능이 복구되는 특성을 구현했다.

연구팀은 “새로운 고분자 기반의 페로브스카이트 결정 성장 방법은 인체친화적 차세대 전자기기에 활용 가능한 고성능, 고안정성 태양전지 개발의 난제 해결에 기여할 수 있을 것”이라며 “앞으로 실제 전자기기에 적용될 수 있도록 대면적화, 대량생산 등의 후속연구가 필요하다”고 말했다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 신진연구사업 지원으로 수행된 이번 연구성과는 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼스’ 8월 4일 온라인 게재됐다.