한양대 화학과 최효성 교수, 서울시립대 전기전자컴퓨터공학부 김혁 교수, 한국화학연구원(KRICT) 고서진 박사 연구팀이 3D 광학 시뮬레이션을 통해 반투명 유기 태양전지를 합리적으로 예측하여 반투명 유기 태양전지 분야에서 세계 최고 성능을 달성했다고, 한양대가 28일 밝혔다.

반투명 태양전지는 건물 및 자동차 유리창의 형태로 태양전지의 역할까지 수행하므로 미래 기술 분야에서 상당한 관심을 끌고 있다. 실생활에서 선팅된 건물 창호 및 자동차 유리의 태양광 투과율은 30%이다. 해당 연구팀이 개발한 반투명 태양전지는 이보다 높은 40%의 투과율을 보여준다. 또한 태양광을 통한 전력 생산율이 10%에 달해, 유리창은 물론 태양전지의 기능도 훌륭히 수행할 수 있다.

해당 연구팀은 반투명 태양전지의 성능 향상을 위해 ‘은 나노선 투명 전극 개발’에 집중했다고 밝혔다. 투과율이 저조한 일반 금속 상부 전극과 달리 은 나노선 투명 상부 전극은 낮은 비용, 낮은 면저항과 용이한 가공성, 특히 높은 투과율 때문에 반투명 태양전지의 유망한 전극 재료로 각광받고 있다.

하지만, 이러한 투명 전극을 반투명 태양전지 상부 전극으로 적용하기 위해서는 실험적 시행착오를 통해 최적화가 이루어져야하기 때문에 연구자의 많은 노동이 요구되었다.

이에, 본 연구진은 세계 최초로 3D 광학 시뮬레이션을 도입해 은 나노선 투명 전극의 성능 및 빛의 투과율을 정확히 예측하는데 성공하였고, 이를 적용한 반투명 유기 태양전지를 합리적으로 디자인하였으며, 이를 실제 실험에 적용하여 세계 최고 성능을 기록할 수 있었다.

또한, 3D 광학 시뮬레이션을 기반으로 확립된 은 나노선 제조 공정 기술은 다양한 조건에서의 성능표를 제시하였고, 연구진은 ‘광범위한 반투명 태양전지를 위한 투명 상부 전극 제조법에 대한 기술력’을 인정받아 주식회사 세미엘렉과의 기술이전에 성공했다.

최효성 교수는 “반투명 태양전지 분야 연구자들의 불필요한 시행착오를 줄이기 위해 노력했으며, 그 결과로 은 나노선 투명 상부 전극 제조 기술력까지 확보할 수 있었다. 이번 연구를 통해 이 분야의 급격한 발전이 이루어져 상용화 된 반투명 태양전지를 빠른 시일 내 볼 수 있기를 기대한다.”라고 말했다.

이 연구는 과학기술정보통신부의 재원(중견연구자지원사업, 에너지기술개발사업)으로 한국연구재단의 지원과 한양대학교 교내연구지원사업의 지원을 받아 수행되어 에너지 분야 세계적 권위지인 「Advanced Energy Materials」 에 게재됐다.