[웹이코노미 심우성 기자] 곧 필름이나 플라스틱에 페인트처럼 칠하기만 하면 태양전지로 사용이 가능한 제품을 실제로 볼 수 있을 전망이다. 국내 연구진이 태양전지 원료의 용액을 코팅 후 고체화되는 속도를 제어하는 방법으로 고효율 ‘용액공정 태양전지(Solution prcessable solar cell)의 대면적화에 성공했기 때문이다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 광전하이브리드연구센터 손해정 박사팀은 27일 이 같은 연구결과를 발표했다. ‘용액공정 태양전지’는 기존 고가의 진공 프로세스가아닌, 잉크 타입의 유기물 전구체를 이용해 저가의 코팅이나 인쇄방식으로 제작되는 태양전지를 말한다. 태양전지 소재를 페인트처럼 만들어 건물이나 자동차 등 원하는 공간에 칠하는 방식으로 쉽게 만들고, 전기를 자급자족하게 할 수 있다면 저가의 친환경에너지 공급이 가능해진다. 또한 도심 건물에 태양광 설치를 위한 공간 활용이 쉬워지고, 이상적으로는 필요시에 페인트를 덧바르는 형태로 태양전지 패널을 유지 보수할 수도 있게 된다. 이러한 기술을 가능케 하는 대표적 기술 후보군으로는 용액공정으로 태양전지 제작이 가능한 유기태양전지와 페로브스카이트 태양전지 그리고 양자점 태양전지를 예로 들 수 있다. 이 중에서 유기태양전지(Solar Photovolaics)는 탄소 기반의 전도성 광 흡수 유기재료를 사용해 만든 태양전지여서 친환경 소재인 유기물의 다양한 개발을 통해 성능과 응용성을 확대할 수 있다는 장점이 있다. 반면, 페로브스카이트 태양전지 등은 독성 납을 사용하기 때문에 건물 등 사람이 밀접한 공간에 적용이 힘들다는 문제점이 있다. 그러나 용액공정 태양전지도 전기를 생산하는 활성 영역이 매우 작은(0.1㎠ 이하) 실험실 수준에 머물러 있었던 게 사실이다. 실질적으로 전력생산이 가능한 넓은 면적으로 적용하면 소재와 공정에서 오는 한계로 태양전지의 성능감소와 재현성 문제가 있어 상용화에 걸림돌이 되고 있기 때문이다. 상용화된 유기 소재가 쉽게 결정화되는 성질을 갖고 있어 대면적 용액공정에 부적합하고, 산업용으로 쓰이는 대면적 용액공정은 태양전지 소재가 녹아 있는 용매가 증발해 필름이 형성되는 속도가 느리기 때문에 뭉침 등의 현상이 일어나 태양전지의 효율이 떨어지게 된다. 반면 실험실 연구 단위에서 쓰이는 작은 면적용 공정인 스핀 코팅 방법의 경우 필름 형성 과정에서 필름을 빠르게 회전시켜 용매의 증발을 빠르게 진행시키기 때문에 이런 문제점 없이 고효율의 필름을 형성할 수 있다. KIST 연구진은 이 같은 사실을 바탕으로 대면적 용액공정 방식에서 코팅 공정 후 용매의 증발속도를 제어해 태양전지 성능에 최적화된 필름을 형성, 고성능 대면적 유기태양전지를 개발했다. 그 결과 기존보다 태양전지 광전변환효율이 30% 상승한 9.6%의 고효율 대면적 유기태양전지 기술을 구현하게 됐다. 이번 연구를 주도한 손해정 박사는 “고품질의 대면적 용액공정이 가능한 태양전지 소재의 핵심 디자인 원리를 제안함으로써 향후 용액공정 태양전지 개발이 가속화될 것”이라며 “차세대 용액공정 태양전지의 고효율화뿐만 아니라 상용화에 필요한 대면적 제조를 위한 태양전지소재의 핵심기술 개발에 기여할 수 있을 것”이라고 전했다. 심우성 기자 webeconomy@naver.com