KIST 손해정 박사 주도…스마트팜, 저전력 구동 IoT 센서 독립전원 활용 기대
태양전지는 흐린 날씨나 햇빛이 약한 아침·저녁에는 발전량이 급격히 떨어진다. 이 때문에 발전할 수 있는 기간과 시간대가 한정적이다. 이처럼 날씨·환경에 구애받지 않고 발전할 수 있는 태양전지 기술을 국내 연구진이 개발했다.
한국과학기술연구원(KIST) 광전하이브리드연구센터 손해정 박사 연구팀이 약한 빛에도 효과적으로 전기를 만들 수 있는 신소재를 개발했다고 24일 밝혔다. 또 이를 태양전지에서 빛을 흡수해 전력을 생산하는 전극 사이에 넣는 광흡수층 소재로 사용, 고효율의 유기태양전지도 개발했다.
유기태양전지는 적은 양의 햇빛에도 효과적으로 전기에너지를 만든다. 특히 광흡수층의 소재를 다양하게 디자인할 수 있어 소재 개발을 통해 흐린 날에도 태양광 발전량을 향상시킬 수 있다.
하지만 소재 디자인의 원리에 대한 이해도가 낮고, 적합한 소재를 찾지 못해 고효율의 안정적인 유기태양전지를 아직 개발하지 못하고 있는 실정이다.
KIST 연구진은 기존의 세계 최고 수준의 유기태양전지용 고분자(PBDBT-2F) 소재에 염소와 황 성분을 도입했다. 이렇게 개발한 신소재(신규 고분자 PBDBT-SCl)는 약한 빛에도 효과적으로 전기에너지를 생산하며, 구조 제어를 통해 생성된 전기의 손실을 최소화한다.
연구진이 개발한 신소재는 태양광의 10분의 1 수준인 조건에서 기존 소재에 비해 30% 향상된 성능을 보였다. 태양전지 모듈의 경우 실내조명인 형광등(500lx)을 광원으로 사용했을 때 약 38% 향상된 효율로 전기를 생성할 수 있었다.
특히 기존에 알려진 세계 최고 효율의 고분자에 비해 26% 어두운 빛의 환경(3700 lx)에서도 동일한 전력을 생산할 수 있는 높은 효율성을 가진 것으로 나타났다.
저조도 환경에 최적화된 태양전지는 향후 적은 전력으로 구동되면서 상시 전력 공급이 필요한 스마트팜이나, 사물인터넷(IoT) 센서 등에 적용할 수 있을 전망이다.
손 박사는 “우리나라와 같이 미세먼지 등으로 흐린 날이 많은 저조도 환경에서 효과적으로 발전할 수 있는 유기태양전지용 소재 핵심기술을 개발했다”며 “추가 연구를 통해 세계 태양광 시장에서 차세대 태양전지 핵심 소재를 조기에 선점할 수 있을 것”이라고 말했다.
