국내 연구진이 종이접기(오리가미) 기술을 적용해 페로브스카이트 태양전지의 집적도와 신축성을 동시에 높일 수 있는 연결 구조체를 개발했다. 페로브스카이트 태양전지는 효율이 높으면서도 제조 비용이 저렴해 '차세대 태양전지'로 불린다.
한국과학기술연구원(KIST)은 이필립 광전하이브리드연구센터 선임연구원과 고민재 한양대 교수 공동 연구진이 종이접기에서 아이디어를 얻어 접히고 늘어나는 연결부를 제작, 페로브스카이트 태양전지 시스템에 적용했다고 21일 밝혔다.
웨어러블 기기가 속속 등장하며, 페로브스카이트 태양전지도 유연하면서 신축성 있게 만들려는 연구가 진행되고 있다. 태양전지 모듈을 구부러지는 구조체로 연결하면 신축성과 유연성은 줄 수 있지만 연결부가 차지하는 면적 때문에 전지 집적도가 떨어지는 한계가 있다.
연결부를 줄여 전지 모듈 집적도를 높이면 그만큼 신축성이 떨어진다.
연구진은 종이접기처럼 연결 부위를 연속적으로 접어 길이를 최소화하는 방법을 고안했다. 연결 구조물은 3D(3차원) 프린터로 찍어 냈다.
접은 상태에서는 연결 구조 길이가 짧아 좁은 면적에도 태양전지 모듈을 빼곡히 배열할 수 있다.
이렇게 만든 페로브스카이트 태양전지 시스템은 5배로 잡아늘여도 성능이 떨어지지 않았다. 잡아당겼다 놓기를 1천번 반복해도 초기 기능이 유지됐다.
KIST는 "태양전지 외에도 액추에이터, 센서 등 다양한 소자에 적용이 용이하고 생활 밀착형, 고부가 가치 사업 분야로도 확장이 가능할 것"이라고 내다봤다.
이 연구원은 "기존 2차원 기반의 소자가 갖는 한계를 극복한 접근법을 제시한 것"이라며 "태양전지 유연화와 경량화, 형상기억 고분자 기술과 융합하면 시너지를 낼 수 있을 것"이라고 밝혔다. 연구 결과는 미국화학회 학술지 'ACS 나노'(ACS Nano·10월 4일자)에 실렸다.