이번 연구성과가 게재될 에너지 분야 국제학술지 ‘ACS 에너지 레터스’ 표지논문 이미지.[KIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 햇빛없는 흐린날에도 전기생산이 가능한 태양전지 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국과학기술연구원(KIST) 광전하이브리드연구센터 손해정 박사팀은 약한 빛에도 효과적으로 전기를 만들 수 있는 신소재를 개발, 이를 태양전지에서 빛을 흡수하는 역할을 하는 광흡수층 소재로 사용해 고효율 유기태양전지를 개발했다고 24일 밝혔다.

차세대 친환경 에너지원으로 자리 잡을 태양전지는 날씨와 환경에 구애받지 않고 발전할 수 있는 태양전지 기술을 개발하는 것이 핵심이다. 특히 기존에 상용화된 태양전지의 경우 흐린 날씨나 햇빛이 약한 아침과 저녁에는 발전량이 급격히 감소하는 단점이 있다. 때문에 발전할 수 있는 기간과 시간대가 한정적이며 지속적인 전원 공급이 힘들다는 제약이 있었다.

유기태양전지는 매우 적은 양의 햇빛에도 효과적으로 전기에너지를 만들 수 있다. 특히 빛을 흡수하는 역할을 하는 광흡수층의 소재를 다양하게 디자인할 수 있어서 소재개발을 통해 흐린 날에도 태양광 발전량을 향상시킬 수 있다. 하지만 이러한 장점에도 불구하고 소재 디자인의 원리에 대한 이해도가 낮고, 적합한 소재를 찾지 못해 고효율의 안정적인 유기태양전지를 나오지 못했다.

KIST 연구진은 기존의 세계 최고 수준의 유기태양전지용 고분자 소재에 염소와 황 성분을 활용했다. 개발된 신소재는 약한 빛에도 효과적으로 전기에너지 생산이 가능하며, 구조 제어를 통해 생성된 전기의 손실을 최소화할 수 있도록 했다. 연구진은 실제로 신소재를 적용한 대면적 유기태양전지 모듈을 제작, 평상시 맑은 날뿐만 아니라 흐린 날에도 효과적으로 발전할 수 있는 것을 실험을 통해 확인했다.

이 신소재는 태양광의 1/10 수준인 조건에서 기존 소재에 비해 30% 향상된 13.23%의 효율을 보였다. 또 태양전지 모듈의 경우 실내조명인 형광등을 광원으로 사용했을 때도 약 38% 향상된 효율로 전기를 생성할 수 있었다.

이러한 저조도 환경에 최적화된 태양전지는 향후 적은 전력으로 구동할 수 있으면서 상시 전력 공급이 필요한 스마트 팜이나, 사물 인터넷(IoT) 센서 등에도 적용할 수 있다.

손해정 박사는 “이번 성과는 우리나라와 같이 미세먼지 등으로 흐린 날이 많은 저조도 환경에서 효과적으로 발전할 수 있는 유기태양전지용 소재의 핵심기술 개발에 기여한 것”이라며 “향후 추가연구를 통해 세계 태양광 시장에서 차세대 태양전지 핵심 소재를 조기에 선점할 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.

이번 연구성과는 에너지 분야 국제학술지 ‘ACS 에너지 레터스’ 표지논문으로 선정돼 게재될 예정이다.

nbgkoo@heraldcorp.com

고감도 고분자를 응용한 유연 유기태양전지 모듈.[KIST 제공]