재료연, 섬유 태양전지 핵심공정 97% 단축

염료 흡착 16시간에서 30분으로 줄여

20회 세탁 후 초기 효율 80% 유지…메탄 감지

한국재료연구원은 송명관 책임연구원과 이희정 박사 연구팀이 부산대학교·한국항공대학교 연구팀과 공동으로 섬유형 태양전지의 염료 흡착 공정을 개선하는 기술을 개발했다고 28일 밝혔다. ⓒ한국재료연구원

국내 연구진이 옷감에 넣을 수 있는 섬유형 태양전지의 핵심 제조공정을 97% 단축하는 기술을 개발했다.

한국재료연구원(재료연)은 송명관 책임연구원과 이희정 박사 연구팀이 부산대학교·한국항공대학교 연구팀과 공동으로 섬유형 태양전지의 염료 흡착 공정을 개선하는 기술을 개발했다고 28일 밝혔다.

연구팀은 기존 16시간이 걸리던 염료 흡착 공정을 30분으로 줄여 소요 시간을 약 97% 단축했다. 광전변환효율은 7.06%로, 같은 Ti-MOF 소재를 적용한 기존 16시간 공정(7.45%)의 약 95% 수준이다.

내구성 시험에서도 성능을 확인했다. 5000회 반복 굽힘 후 효율 유지율은 Ti-MOF 미적용 소자보다 높았으며, 20회 세탁 후에도 초기 발전효율의 약 80%가 유지됐다. 150℃에서 60시간 동안 열에 노출한 뒤에도 정상 작동하는 것으로 나타났다.

약 907룩스(lx)의 실내조명만으로 디지털 손목시계와 액정소자를 구동할 수 있다는 점도 입증됐다.

섬유형 태양전지는 가볍고 유연해 의류에 적용할 수 있지만, 빛을 흡수하는 염료를 전극에 붙이는 데 오랜 시간이 걸려 대량생산에 한계가 있었다.

연구팀은 이를 해결하기 위해 티타늄 기반 금속-유기 골격체(Ti-MOF)와 전기화학 기술을 결합했다. 염료가 달라붙을 수 있는 공간을 넓히고 5볼트(V)의 전압을 가해 흡착 속도를 높이는 방식이다.

전기를 생산하면서 메탄가스도 감지할 수 있다는 점이 특징이다. 상온에서 메탄가스에 반복 노출하자 뚜렷한 감지 신호가 나타나 산업현장 스마트 보호복 등으로 활용할 가능성을 보여줬다.

이번 연구 결과는 국제학술지 '케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)'에 지난 6일 온라인 게재됐다.

송명관 재료연 책임연구원은 "다양한 MOF 소재의 유해가스 감지 특성을 체계적으로 분석해 자가발전형 센서의 실용화 가능성을 높여 나갈 계획"이라고 말했다.