경희대·UNIST, 태양전지에 색동옷 입히다...딱정벌레 표피 모방 결과

딱정벌레의 표피구조 및 컬러 페로브스카이트 태양전지의 구조
<딱정벌레의 표피구조 및 컬러 페로브스카이트 태양전지의 구조>

대부분 빛을 반사해 잿빛으로 보이는 딱정벌레 표피 미세구조를 모방, 시커먼 태양전지에 알록달록 색을 입힌 고효율 컬러 유연 페로브스카이트 태양전지 기술이 개발됐다.

한국연구재단은 최석원 경희대 교수, 송명훈 울산과학기술원(UNIST) 교수팀이 딱정벌레 표피를 모방한 고효율 색반사 필름을 만들고, 이를 부착한 건물 일체형 컬러 페로브스카이트 태양전지를 제작했다고 22일 밝혔다.

건물 외벽, 지붕, 창호 등에 적용되는 건물 일체형 태양전지에 다채로운 색상을 담는 연구가 이뤄지고 있다. 하지만 기존 컬러 태양전지는 태양광 흡수율을 제어해 효율이 낮아지거나, 복잡한 광학설계 및 공정방식 탓에 대형화 및 비용절감에 한계가 있었다.

연구팀은 딱정벌레 표피 미세 나선구조로 나타나는 빛 반사 현상을 모사한 색반사 필름을 개발했다.

또 단일층 액정 소재 반사율은 이론적으로 최대 50%에 불과하지만 액정 자가조립을 이용한 나선구조를 유도, 반사율 100% 초반사 필름을 제작한 것이다.

딱정벌레 표면은 두 장 나선구조 층 사이에 빛 편광을 변환하는 또 다른 층을 둔 3층 구조 덕분에 높은 반사율을 보인다. 연구팀은 이에 착안, 반사율 100%를 이뤘다. 나아가 대면적 저비용 제작에 유리한 습식공정 방식으로 이 색반사 필름을 페로브스카이트 태양전지에 적용했다.

연구팀은 현재 17% 내외 전력 변환효율 컬러 페로브스카이트 태양전지를 제작한 상태로 향후 가혹한 외부환경에서의 컬러 페로브스카이트 태양전지 신뢰성 확보 연구를 계획하고 있다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 과학기술분야 기초연구사업 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 에너지 분야 국제학술지 '나노에너지'에 지난 5일 게재됐다.

김영준기자 kyj85@etnews.com