이종람교수팀, 광 투과도와 전기 전도도 향상 기술 개발

 입는 컴퓨터나 손목시계처럼 두를 수 있는 스마트 기기 등 웨어러블(wearable)기기가 각광을 받음에 따라 이에 적용할 수 있는 다양한 소자들이나 태양전지에 대한 개발이 경쟁적으로 이루어지고 있다. 특히 무게가 가볍고 유연성이 좋은 유기태양전지는 간편하게 충전하면서 사용할 수 있는 새로운 기기에 적용될 것으로 기대를 모으고 있다. 

 POSTECH(포항공과대학교) 신소재공학과 이종람 교수․박사과정 함주영씨 연구팀은 이처럼 휘어지는 태양전지에 적용할 수 있는 투명전극 기술을 개발했다. 스탬프에 찍어내는 것처럼 간단한 공정을 이용한 이 기술은 재료분야 권위지인 ‘어드밴스드 에너지 머터리얼스(Advanced Energy Materials)’지 10월호 표지논문으로 선정돼 학계의 주목을 끌었다. 

 현재 유기태양전지에 사용되는 투명전극은 인듐 주석 산화물(ITO)로 만들어지고 있는데 이 물질은 저항이나 투과도면에서 다른 소재에 비해 우수하지만, 제조 시에 300℃가 넘는 온도를 필요로 하고, 구부리기도 쉽지 않아 휘어지는 전지에 사용할 수 없다는 단점을 가지고 있었다.  

 연구팀은 고분자의 유연성을 이용해 휘어지도록 할 뿐 아니라 도장 찍듯이 찍어내는 나노임프린트(nanoimprint) 기술을 이용해 나노패턴을 고분자에 형성시켜 광 산란을 극대화하는 방법을 이 투명전극에 활용했다. 

 이와 함께 고분자 층에 금속박막을 만들 때 일어나는 광흡수현상이 고분자와 금속의 경계면에서 일어나는 플라즈몬 현상에 의해 발생되며, 고분자 층의 표면에너지를 증가시킴으로써 플라즈몬 발생을 억제할 수 있음을 포항방사광가속기를 통해 규명하였다. 
 그 결과 8nm에 불과한 아주 얇은 금속박막 두께에서도 기존에 사용되던 170nm의 인듐 주석 산화물(ITO)전극보다 우수한 전기 전도도를 얻는데 성공했다.

 연구팀은 이 전극을 이용해 유기 태양전지를 제작한 결과 기존 보다 광전류 밀도를 17% 이상 향상시키는데 성공, ITO를 대체하는 다른 전극을 사용한 유기태양전지 가운데 가장 우수한 결과로 평가받기도 했다. 

 연구를 주도한 이종람 교수는 “유기태양전지는 물론 휘어지거나 접을 수 있는 소자에 적용 가능한 기술로,잘 구부러지거나 몸에 입을 수 있는 전자기기의 상용화를 앞당기는데 중요한 역할을 할 것”이라고 밝혔다.