UNIST, '그래핀 전극' 개발..."태양전지 최고 효율 달성"

김동식 기자 발행일 2020-04-20 08:02:06 댓글 0
박혜성·양창덕 교수팀, 기판 일체형 투명 전극 개발
▲ 기판 일체형 그래핀 전극의 내구성(유연성)과 투명도. (사진=울산과학기술원 제공)

 

'꿈의 신소재'로 불리는 그래핀(Graphene·탄소 원자가 육각형으로 결합한 구조의 신소재)을 이용한 유연하고 투명한 전극을 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 개발했다.

UNIST 박혜성·양창덕 에너지 및 화학공학부 교수팀은 19일 '그래핀 기반 고성능 투명 유연 전극'을 개발했다고 밝혔다.

이번 연구는 이달 6일 국제 학술지 셀(Cell)의 에너지 분야 자매지인 줄(Joule) 온라인판에도 공개됐다.

그래핀 전극은 가볍고 유연한 데다, 전기 전도성이 뛰어나고 내구성도 좋아 '유기 태양전지' 특성을 살리는 소재로 손꼽힌다.

전문가들은 그래핀 전극이 태양전지뿐 아니라, 디스플레이나 광센서 등에도 적용할 수 있어 활용도가 높다고 평가하고 있다.

그래핀이 지닌 우수한 전기 전도성과 내구성을 해치지 않도록 기존 그래핀 전극의 단점을 보완한 것이다.

연구팀은 개발된 그래핀 전극을 유기 태양전지에 적용한 결과 15.2%의 광전변환 효율(태양광을 전기에너지로 바꾸는 효율)을 기록해, 지금껏 개발된 유기 태양전지 중 효율이 가장 높은 것으로 나타났다.

이 태양전지는 또 5천번의 굽힘 시험 후에도 초기 효율의 98% 이상을 유지하는 우수한 내구성을 보였다.

연구팀은 특히 기판 일체형 그래핀 전극은 고온 공정이 필요한 다른 전기 소자에도 적용할 수 있다고 설명했다.

기존 그래핀 전극의 기판에 이용된 물질의 경우 고온에서 변형됐으나, 이번에 지지체와 기판으로 활용된 폴리이미드(PI) 소재는 400도 이상 고온도 견딜 수 있는 것으로 분석됐다.

UNIST 연구팀의 박혜성 교수는 "이번에 개발한 전극은 유기 태양전지 효율과 내구성을 크게 높였다"라면서 "앞으로 태양전지뿐 아니라 고성능 LED, 광센서 등 다양한 차세대 유연 광전소자 개발에도 크게 도움이 될 것"이라고 전망했다.

 

▲ 폴리이미드 그래핀 일체형 투명 전극 제작 공정 모식도. (사진=울산과학기술원 제공)

 

 

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