[그린포스트코리아 김동수 기자] 국내 연구진이 꿈의 신소재로 불리는 ‘그래핀’으로 유연하고 투명한 전극을 개발해 유기 태양전지 중 최고 효율을 기록했다. 새로운 개발한 전극은 태양전지뿐만 아니라 디스플레이, 광센서 등에도 사용할 수 있어 앞으로 활용도가 높을 것으로 기대된다.

울산과학기술원(UNIST)은 에너지 및 화학공학부의 박혜성·양창덕 교수팀이 ‘그래핀 기반 고성능 투명 유연 전극’을 개발했다고 밝혔다. 

‘그래핀 전극’은 가볍고 유연한 데다 전기 전도성이 뛰어나고 내구성도 좋아 유기 태양전지의 특성을 살릴 수 있는 소재로 손꼽힌다. 하지만 그래핀은 원자 한 층 수준으로 얇아서 전극 기판으로 옮길 때 지지층이 필요하다.

보통 지지층으로 전기가 안 통하는 고분자 물질을 쓰이는데 이 경우 이들이 완전히 제거되지 않아 전기 전도성을 떨어트리는 문제가 있었다. 또 기판 위에 그래핀을 고정하는 힘이 부족해 굽히거나 외부 힘을 반복적으로 가하면 떨어지기도 했다.

연구팀은 그래핀을 옮기는 지지층을 기판으로도 사용하는 새로운 제조법인 ‘기판 일체형 그래핀 전극’을 개발했다. 이 전극을 유기 태양전지에 적용한 결과, 15.2%의 광전변환효율(태양광을 전기에너지로 바꾸는 효율)을 기록했다.

이는 이제껏 개발된 유기 태양전지 중 가장 높은 수준이다. 또한 5000번의 굽힘 시험 후에도 초기 효율의 98% 이상을 유지하는 우수한 기계적 내구성을 보였다.

이와 함께 기판 일체형 그래핀 전극의 경우 ‘고온 공정’이 필요한 다른 전기 소자에도 적용할 수 있다. 기존 그래핀 전극의 기판으로 이용되는 물질은 고온에서 변형됐으나 이번에 지지체와 기판으로 활용된 폴리이미드 소재는 400℃ 이상의 고온도 견딜 수 있어 변형이 나타나지 않기 때문이다.

박혜성 교수는 “이번에 개발한 고성능 그래핀 전극은 유기 태양전지의 효율과 내구성 등을 크게 높였다”며 “향후 태양전지뿐 아니라 고성능 LED, 광센서 등 다양한 차세대 유연 광전소자 개발에도 크게 도움이 될 것”이라고 말했다.

이번 연구는 국제학술지 ‘줄 (Joule)’ 4월6일자로 온라인에 미리 공개됐으며 추후 출판될 예정이다.

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