입는 컴퓨터나 스마트 기기 등 웨어러블 기기가 각광을 받음에 따라, 이에 적용할 수 있는 태양전지 개발도 경쟁적으로 이루어지고 있다. 특히, 무게가 가볍고 유연성이 좋은 유기태양전지는 간편하게 충전하면서 사용할 수 있는 기기에 적용될 것으로 기대를 모으고 있다.
이종람(신소재) 교수ㆍ함주영(박사과정) 씨 연구팀은 이 유기태양전지에 고분자의 유연성을 이용해 휘어질 수 있고, UV잉크를 묻혀 도장 찍듯이 간단히 찍어내는 나노임프린트(nanoimprint) 기술을 이용해 나노 패턴을 고분자에 형성시켜 광산란을 극대화하는 방법을 투명전극에 활용했다. 이 기술은 재료분야 권위지 <Advanced Energy Materials> 10월호 표지논문으로 선정돼 학계를 주목을 받았다.
현재 유기태양전지의 광전 변환 효율을 높이는데 사용하는 투명전극은 인듐주석산화물(ITO)로 만들어지고 있다. 이 물질은 저항이나 투과도면에서 우수하지만, 제조 시 300℃가 넘는 온도를 필요로 하며, 구부러지는 유연성이 부족해 휘어지는 태양전지에 사용할 수 없는 단점이 있었다.
연구팀은 포항방사광가속기 가속기 빔라인을 이용해 유기태양전기 개발의 문제점 중 하나인 고분자 층 금속 박막의 광흡수 현상이 고분자와 금속의 경계면에서 일어나는 전기장으로 인해 생긴다는 사실을 규명하고, 고분자 층의 표면에너지를 증가시켜 문제를 해결하기도 했다.
그 결과 8nm에 불과한 얇은 두께에서도 기존 170nm 전극보다 우수한 전기 전도도를 얻는데 성공했다. 연구팀은 이 전극을 이용해 기존보다 광전류 밀도를 17%이상 향상시키는데 성공해 ITO를 대체하는 유기태양전지 제작 기술 가운데 가장 우수한 하다고 평가받기도 했다.
이종람 교수는 “유기태양전지는 물론 휘어지거나 접을 수 있는 소자에 적용 가능한 기술로, 잘 구부러지거나 몸에 입을 수 있는 전자기기의 상용화를 앞당기는데 중요한 역할을 할 것”이라고 밝혔다.