차세대 태양전지 개발… 대체에너지 산업 서광

 

 

최근 그린에너지 등 대체에너지 기술에 대한 관심이 높은 가운데 기존의 반도체 공정을 대체한 인쇄 공정 기반의 초저가 유기 태양전지(Solar Cell) 제작 기술이 개발돼 향후 국내외 태양전지 시장에 큰 파급효과를 미칠 전망이다.

한국기계연구원(원장 이상천) 인쇄전자연구센터 김동수 박사팀은 정전기력을 이용한 미세입자 스프레이 기술로 대면적을 효율적으로 코팅해 제작 비용을 기존보다 90% 줄인 초저가 대면적 태양전지 제작기술을 개발했다.

정전기력 이용 미세입자 스프레이 기술은 정전기력을 활용해 다양한 소자의 전자잉크를 비접촉식으로 공중에서 분사하는 기술로 전기력을 활용해 입자를 훨씬 더 잘게 부숴 부착할 수 있는 장점이 있다.

기존의 유기 태양전지는 주로 스핀코팅이나 박막 스퍼터링, 혹은 진공증착 방식의 반도체 제작 공정으로 제작됐으며, 롤 프린팅 기반의 인쇄전자 방식을 이용한 태양전지가 개발된 것은 국내 최초이다. 이번에 개발된 태양전지의 효율(태양빛을 에너지로 변환하는 정도)은 2.8%로, 롤 프린팅 기반 태양전지의 세계 최고 수준 효율은 3% 초반이다.

스핀코팅은 코팅할 물질의 용액이나 액체 물질을 기질 위에 떨어뜨리고 고속으로 회전시켜 얇게 퍼지게 하는 코팅 방법으로 전자 제품 소자의 제조에 많이 사용된다. 박막 스퍼터링은 이온 원자를 재료 타켓과 충돌시켜 튀어나온 입자를 증착하는 방법이며, 진공증착은 금속이나 비금속의 작은 조각을 진공 속에서 가열하여 그 증기를 물체면에 부착하는 방법이다.

정전기력을 활용하지 않은 기존의 스프레이 코팅은 압축가스 분사로 입자 크기가 10㎛ 이상이기 때문에 코팅 후 표면이 고르지 않고, 유기물의 박막 형성이 어려웠다. 새로 개발된 정전기력 분사 기술은 5-10㎸ 전기와 함께 압축가스로 분사해 입자 크기를 1-2㎛로 줄여 보다 미세한 선폭과 고품질 표면 구현은 물론 50-500㎚ 두께의 박막이 가능하게 됐다.

또한 반도체 공정과 달리 연속적인 소자 생산이 가능하고 제작 과정에서의 재료 소모가 적어 기존 제작비용의 10%만으로도 태양전지를 제작할 수 있다.

연구책임자인 한국기계연구원 김동수 박사는 “정전기력 분사방식을 이용한 유기 태양전지 제작 기술은 향후 태양전지는 물론 다양한 전자소자의 개발에 응용될 수 있는 획기적인 기술”이라고 밝혔다.

세계 박막형 태양전지 시장은 오는 2013년 4조4000억원에 이어 2018년 14조 6000억원, 2023년 34조원대로 폭발적인 성장이 예상된다.

김형석 기자 blade31@daejonilbo.com