- 머리카락의 1/20 두께로 제작해 복잡한 곡면에도 부착 가능 -

전자부품연구원(KETI, 원장 박청원)과 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 머리카락의 1/20수준(0.005mm)으로 얇아서 구형(球形) 등 다양한 형태의 곡면에 주름 없이 부착할 수 있고, 수 만번 접었다, 펴도 성능 저하가 없는 투명 전극과 이를 기반으로 한 고효율의 유연 태양전지를공동으로 개발했다고 밝혔다.

* KETI : 초박형 투명·유연 전극 기술, KIST : 태양전지 제조·적용 기술

이 태양전지의 유연성과 최소 효율저하특성은 세계 최고 수준이다. 곡률 반경은 0.04밀리미터(mm)로 접은 상태에서 효율저하가 5% 이내로 유지되고 최대 효율(광전변환효율)은 7.4% 수준이다.

이 기술은 세계적 수준의 재료분야 저널인 어드밴스드 펑셔널 머터 리얼즈에 Inside Back Cover 논문으로 게재되었다.

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본 기술은 플렉서블 형태의 전자소자 제조 핵심 기술로 향후 OLED 전극, 광·촉각·후각센서등다양한 웨어러블 부품이나 플렉서블 기기의 유연전자소자 개발에 다양하게 응용될 수 있다. 특히 기존에 사용화 된 ITO투명전극에 비해 1/10 이하의 두께로 제조가 가능해, 각종 곡면에도 부착할 수 있어 불규칙한 곡면의 의류, 차량 앞 유리 등에 부착해 에너지원으로 활용이 가능하다.

ITO투명전극을 사용한 태양전지는 효율 특성을 확보했지만 유연성이 부족하다. KETI와 KIST의 연구진이 유연성과 효율을 함께 높이는데 힘을 모았다.

우선, KETI는 태양전지에서 만들어진 전기를 보다 효율적으로 포집하기 위해 은나노와이어(AgNW)와 전도성 유기소재(폴리머)를 적층하여 전도층을 제조했고, 전도층의 굴곡특성을 극대화하기 위하여 이를 투명 폴리이미드 내부로 함침(Embedding)시켰다. 여기에 KIST의 유기 태양전지 기술을 더해 기존 은나노와이어(AgNW)만으로 제작한 태양전지 보다 약 60%의 효율 향상을 가져왔다.

한편, KETI의 초박형 투명·유연 전극은 은나노와이어(AgNW)와 전도성 유기막 패턴을 투명 폴리이미드(코오롱 인더스트리(주) 공급)와 융합한 소재로 제조됐다. 이 소재는 최소 굴곡 반경 0.04밀리미터(mm)로 접어도 전기저항 변화가 10% 이내로 유지될 뿐만 아니라, 표면에 0.005밀리미터(mm) 이하의 주름을 반복적으로 만들어도 전도성을 유지한다. 또한 92%의 가시광선 투과도와 7옴(ohm/sq)의 면저항을 기록했다. 표면거칠기는 2나노미터(nm)로 측정되어 유기 소재를 이용한 각종 디바이스 제조에도 적합하다.

* 현재 산업계에서 개발 중인 유연·투명 전극 수준 : 곡률반경 1밀리미터(mm),면저항 15옴(ohm/sq), 투과도 85%

본 연구를 주도한 KETI 김종웅 박사는“연구수행 중 확보한 은나노와이어 등 금속 나노와이어의 잠재된 특성을 다른 분야와 융합하여 유연한 태양전지와 같은 새로운 소자를 개발할 수 있었다”며, “양산 제품에 적용을 위한 대면적 공정기술 등 상용화를 위한 연구를 지속하겠다”고 밝혔다. 또한, 공동 책임자인 KIST 손해정 박사는 “그동안 태양전지 성능과 소자의 기계적 특성을 동시에 충족시키기 어려웠던 유연 유기태양전지의 효율과 유연성의 극대화에 중점을 두고 연구를 진행했다”고 밝혔다.