울산과기원(UNIST)은 박혜성 에너지 및 화학공학부 교수팀이 열처리 없이 제작 가능한 휘어지는 유기 태양전지를 개발했다고 6일 밝혔다. 이 태양전지는 그래핀 전극과 산화아연 나노입자를 활용하는 방법을 이용해 상온 공정에 성공했다.

UNIST는 유기 태양전지 상용화에 중요한 기술로 평가받고 있다고 설명했다. 유기 태양전지는 최근 12% 이상의 고효율을 달성한 연구가 많이 보고됐고, 주로 전극에 딱딱한 소재를 사용해 휘어지지 않는다. 이런 한계를 극복하려면 전극에 유연한 물질을 써야 한다.

박 교수팀은 유연하고 잘 휘어지는 그래핀을 전극 물질로 사용했다. 그래핀 전극 위에서 전하를 이동시키는 전하수송층 물질로는 ‘산화아연 나노입자’를 선택해 코팅했다. 그 결과 그래핀 전극 기반 유기 태양전지로는 최고 효율 수준인 8.2%의 고효율을 달성했다.

또 그래핀의 뛰어난 물리적 특성 덕분에 100번 이상 굽힘 시험을 해도 80% 이상 초기 효율이 유지됐다. 특히 이번 연구에서는 그래핀 위에 산화아연 나노입자를 코팅하는 과정에서 열처리를 배제했다. 기존 유기 태양전지 제작 공정에는 전극 위에 전하수송층을 올린 뒤 반드시 고온 열처리를 해야 한다.

유기 태양전지는 가볍고 제작비가 저렴해 다양한 웨어러블(wearable) 전자기기의 차세대 에너지원으로 주목받고 있다. 박 교수는 “유연하고 효율 높은 유기 태양전지를 열처리 없이 제작할 수 있어 상용화에 다가갔다는 평가를 받고 있다”며 “프린팅 공정과 더불어 상온 공정까지 적용하면 유기 태양전지 대량생산도 가능할 것”이라고 말했다.

울산 박정훈 기자 jhp@seoul.co.kr