국내 연구진, 딱정벌레 표피 모사한 '컬러 태양전지' 개발
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국내 연구진, 딱정벌레 표피 모사한 '컬러 태양전지' 개발
  • 정 현 기자
  • 승인 2021.12.22 13:39
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논문, 국제학술지 'Nano Energy' 12월 5일자 게재

[위즈뉴스] 딱정벌레 표피의 미세구조를 모방해 시커먼 태양전지에 알록달록 색을 입힌 고효율 컬러 유연 페로브스카이트 태양전지가 국내 연구진에 의해 개발됐다. 

한국연구재단(이사장 이광복)은 22일, 경희대 최석원 교수와 울산과학기술원(UNIST) 송명훈 교수 연구팀이 딱정벌레 표피를 모방한 고효율 색반사 필름을 개발한 후 이를 부착한 건물 일체형 컬러 페로브스카이트 태양전지를 제작했다고 밝혔다. 

UNIST 송명훈 교수(왼쪽)와 경희대 최석원 교수 / 사진=한국연구재단

이번 연구성과를 담은 논문은 에너지 분야의 SCI급 저명 국제학술지 ‘나노에너지(Nano Energy, IF=17.881)’ 12월 5일자에 게재됐다.

논문명은 'Development of colored perovskite solar cells using cholesteric helicoidal superstructrue'이며, UNIST 송명훈 교수와 경희대 최석원 교수가 공동교신저자로, 경희대 배상욱 학생과 UNIST 노영욱 학생이 공동제1저자로 참여했다. 

연구팀의 최석원 교수는 "차세대 태양전지로서 주목받는 페로브스카이트 태양전지를 컬러화하여 고효율의 전력생산이라는 고유의 기능뿐만 아니라, 미적인 기능까지 갖췄다"면서 "외벽이나 지붕 등 건물의 다양한 부분에 건축자재로 활용 되어 탄소중립시대의 스마트한 건축자재로 널리 활용될 것으로 기대된다"고 말했다.

국제학술지 'Nano Energy' 최근호에 게재된 해당 논문

건물 외벽, 지붕, 창호 등에 적용될 수 있는 건물 일체형 태양전지는 건물의 특색과 도시의 미관 등 심미적 요인도 중요하기 때문에 다채로운 색상의 태양전지 개발이 시도되어왔다. 

하지만 기존 컬러 태양전지는 태양광 흡수층의 흡수율을 제어하여 효율이 낮아지거나 또는 복잡한 광학설계 및 공정방식으로 인하여 대형화 및 비용절감에 한계가 있었다.

이에 연구팀은 딱정벌레 표피의 미세 나선구조에 의해 나타나는 빛반사 현상을 모사한 색반사 필름을 개발했다. 

자료이미지=한국연구재단

[그림설명] 딱정벌레의 표피구조 및 컬러 페로브스카이트 태양전지의 구조

단일층 액정 소재의 반사율은 이론적으로 최대 50%에 불과하지만 액정의 자가조립을 이용한 나선구조를 유도해, 반사율 100%의 초반사 필름을 제작했다. 

딱정벌레 표면에서의 높은 반사율이 두 장의 나선구조 층 사이 빛의 편광을 변환시켜주는 또 다른 층을 사이에 둔 삼층 구조에 기인하는 것에 착안하여 반사율 100%의 초반사 필름을 제작한 것이다. 

나아가 연구팀은 대면적 저비용 제작에 유리한 습식공정 방식으로 이 색반사 필름을 페로브스카이트 태양전지에 적용하였다. 

자료이미지=한국연구재단

[그림설명] 컬러 페로브스카이트 태양전지 개념도

연구팀은 현재 17% 내외의 전력 변환효율의 컬러 페로브스카이트 태양전지를 제작한 상태로 향후 가혹한 외부환경에서의 컬러페로브스카이트 태양전지의 신뢰성 확보 연구를 계획하고 있다. 

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 과학기술분야 기초연구사업(기본연구, 대학중점연구소 등)의 지원으로 수행됐다.


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