신동윤 부경대 교수, 태양전지 효율 높이는 미세전극 인쇄 기술 개발

9위)기존 디스펜싱 인쇄방식으로 뻑뻑한 전극소재를 태양전지 표면에 인쇄할 경우 전극이 밀착되지 않아 떨어지는 문제점이 있다. (아래)정전기를 인가할 경우 전극소재와 태양전지 표면의 밀착력이 향상돼 기존 문제점을 해결할 수 있다. [그림=한국연구재단 제공]

아주경제 최서윤 기자 = 국내 연구진이 정전기를 이용해 태양전지 효율을 크게 향상시킬 수 있는 미세전극 인쇄 기술을 개발하는 데 성공하였다. 이 기술을 차세대 태양전지 생산기술에 접목해 국내 태양전지용 전극소재 및 장비, 태양전지의 기술 경쟁력을 세계적인 수준으로 높일 수 있을 것으로 기대된다.

태양전지 전극은 태양전지를 최소한으로 가려 태양빛을 많이 받을 수 있게 미세할수록 유리하다. 미세 전극은 기존에 주로 스크린인쇄(용어 설명 참고) 방식을 사용해 태양전지에 인쇄했다. 이 방법은 인쇄 시 가해지는 압력으로 인해 점점 얇아지는 추세인 태양전지를 깨지게 하기 쉬운 단점이 있다.

이를 극복하기 위해 최근에는 마치 치약 짜듯, 전극 소재를 미세한 노즐 구멍을 통과시켜 태양전지에 살짝 올려놓는 ‘비접촉 디스펜싱’ 인쇄 기술 개발이 활발히 이뤄지고 있다. 그러나 이 때 전극 소재가 너무 묽으면 태양전지 표면에 퍼져버리고 너무 뻑뻑하면 태양전지에 잘 밀착되지 못한다.

신동윤 부경대 교수 연구팀은 전극소재가 통과하는 미세 노즐에 (+) 전극을 연결하고 태양전지에 (-) 전극을 연결해 노즐을 통해 만들어지는 전극이 정전기의 힘에 의해 태양전지에 밀착되도록 했다.

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차세대 태양전지 미세전극 소재 및 재료 깨지기 쉬운 태양전지의 윗면에 머리카락보다 가는 미세한 전극을 형성할 때 전극과 태양전지 사이의 밀착이 제대로 되지 않을 경우 전기적 특성이 나빠질 뿐만 아니라 태양전지의 효율도 감소한다. 일상생활에서 흔히 접할 수 있는 정전기력을 응용할 경우 전극과 태양전지 간의 밀착력이 향상될 뿐만 아니라, 태양빛을 통해 발생한 전기를 손쉽게 수집할 수 있어 태양전지의 효율이 증대되는 효과가 있다. [그림=한국연구재단 제공]

연구팀은 이 기술을 이용하면 치약보다 뻑뻑한 농도의 전극도 요철이 형성된 태양전지 표면에 들뜨는 부분 없이 우수하게 밀착되는 것을 확인했다. 

태양전지와 전극의 접합도가 향상됨으로 인해 미세 전극 간의 전기적 성능차가 줄어들고 햇빛을 통해 생성된 전기가 전극으로 쉽게 수집돼 태양전지의 효율 또한 향상됐다. 이번 연구에서는 태양전지 효율이 13.7%에서 17.2%로 3.5%포인트 상승했다. 연구팀은 이번 연구로 태양전지 전극의 차세대 인쇄기술에서 발생하는 문제점을 일상생활에서 흔히 접하는 정전기를 응용함으로써 저비용으로 해결할 수 있다는 것을 입증했다. 

신 교수는 "이번 연구를 통해 차세대 미세전극 인쇄공정 및 소재를 개발했고 전극이 탈락하는 문제점도 해결했다"면서 "한국의 태양전지 기술 경쟁력을 한층 높일 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

연구결과는 세계적 권위의 과학 학술지인 사이언티픽 리포트(Scientific Reports) 지난달 18일자 온라인판에 게재됐다.


☞ 스크린 인쇄
인쇄하고 싶은 모양대로 미세한 구멍을 뚫은 필름을 태양 전지 위에 덮고 필름의 구멍으로 전극 소재를 기구로 힘을 가하며 밀어 넣어 인쇄하는 방법이다.