연구의 주요내용은 세계에서 가장 효율성이 높으면서도 제작 공정은 간단한 '유기물 이용 플라스틱 태양전지' 개발에 관한 것으로써, 국제학계의 비상한 관심 가운데, 권위 있는 과학 학술지인 사이언스(Science)誌 13일자에 게재됐다.
이번 쾌거는 광주과학기술원 신소재공학과 이광희(李光熙, 47) 교수팀에 의해 이루어졌다. 이 교수팀은 과학기술부의 글로벌연구실(Global Research Lab)사업의 일환인 '신개념의 고분자 광전자소자 구현연구'를 수행하고 있는데, 이 교수팀의 연구 성과는 향후 저가형 태양전지 산업분야에서 시장 선점과 막대한 부가가치 창출 등을 통해 국가경쟁력 강화에 크게 기여할 것으로 기대되고 있다.
사이언스지는 이광희 교수팀의 연구결과를 소개하면서 그동안 플라스틱 태양전지 연구에서 가장 큰 난제였던 낮은 효율성 문제를 획기적으로 개선해 차세대 저가형 플라스틱 태양전지 상용화를 크게 앞당겼다고 평가했다.
이 교수팀이 개발한 태양전지는 태양전지 성능평가의 기준이 되는 에너지 전환효율이 6.5%로써 현재까지 개발된 유기물을 이용한 플라스틱 태양전지 중에서 최고의 효율을 자랑하고 있다.
아울러 플라스틱이므로 휘거나 접을 수 있고, 제작비용이 저렴해 태양광을 이용한 휴대용 충전기, 입을 수 있는 태양전지 등 기존의 개념과는 전혀 다른 응용소자의 개발을 통해 부가가치가 매우 높은 새로운 시장을 창출할 것으로 기대를 모으고 있다
이번 연구결과는 광주과기원 이광희 교수(교신저자)의 주도 하에 연구원 김진영 박사(제1저자)와 글로벌연구실사업의 해외공동연구책임자인 2000년도 노벨상 수상자 알란 히거(Alan J. Heeger, 미국 산타바바라 소재 캘리포니아주립대학)교수가 함께 일구어낸 성과로서, 실질적 국제공동연구의 모범적인 모델로 자리매김할 것이다.
이광희 교수연구팀은 지난해에도 세계최초로 전기가 통하는 순수금속 특성의 플라스틱을 개발해 네이처(Nature)지에 논문을 발표했으며, 앞으로도 플라스틱 태양전지 분야에서의 추가적인 원천기술을 확보할 것이 유력시 되고 있다.
 |
| ▲ [그림: 유기물을 이용한 플라스특 태양전지의 원리] |
유기물을 이용한 플라스틱 태양전지는 식물의 광합성 작용을 모사한 '인공 광합성 소자'로서 플라스틱의 한 종류인 고분자와 플러린()이라는 물질을 이용해 빛을 받아 전기를 만드는 장치이다.
이는 기존의 실리콘기반의 무기물 태양전지에 비해 값이 싸고 가볍고 제작공정이 간단해 차세대 저가형 태양전지로 주목을 받고 있으며 많은 원천기술의 개발이 기대되는 유망기술 분야이다.
 |
| ▲ [그림: 신개념의 적층형 플라스틱 태양전지의 구조 및 원리] |
이 교수 연구팀은 이번 연구결과에서 기존의 복잡한 공정을 거치지 않고 간단한 스핀 코팅(용액상태에서 원심력을 이용한 박막형성 기술)만을 이용함으로써 태양전지의 제작공정을 획기적으로 개선시켰을 뿐만 아니라 소자의 성능까지 크게 향상시켰다.
연구팀이 개발한 태양전지는 두 개의 태양전지가 적층형으로 쌓여있는 구조(이층 형태로 포개진 구조)로 이루어져 있다. 이같은 구조는 마치 건전지 두 개를 붙인 경우와 같이 태양전지의 출력전압을 두 배로 높이는 결과를 보여 단일 구조의 태양전지에 비해 획기적인 성능향상을 가져왔다.
또 두 개의 태양전지는 각각 서로 다른 빛의 영역을 흡수할 수 있는 물질로 구성돼 있어 태양 빛의 일부만을 흡수하던 기존의 태양전지와는 달리 가시광과 적외선영역에 이르는 넓은 범위의 태양빛을 흡수할 수 있도록 만들어졌다. 이에 따라 기존의 태양전지에 비해 많은 전기를 생산하게 된다.
김경태 기자
kkt@todaykorea.co.kr