한국재료연구원(KIMS)은 부산대학교, 한국항공대학교 연구팀과 함께 섬유형 태양전지의 핵심 제조공정인 염료흡착시간을 기존 16시간에서 30분으로 약 97% 단축하는 기술을 개발했다고 밝혔다.
섬유형 태양전지는 실처럼 가늘고 유연해 옷감에 넣거나 직조할 수 있는 차세대 에너지 소자다. 특히 염료가 빛을 흡수해 전기를 생산하는 '염료감응 태양전지'는 가볍고 유연해 스마트 의류와 웨어러블 전자기기의 전원으로 주목받고 있다.
연구팀은 티타늄 기반 금속-유기 골격체(Ti-MOF) 소재와 전기화학 염료흡착 기술을 결합해 염료흡착시간을 단축했다. 5V의 전압을 30분간 가하는 공정을 적용하여 염료흡착 시간을 기존 16시간 대비 약 97% 단축하면서도 7.06%의 광전변환효율을 확보했다. 이는 기존 16시간 공정의 Ti-MOF 적용 태양전지 효율 7.45% 대비 약 95% 수준이며, Ti-MOF 미적용 소자 5.54%보다도 높은 수치다.
연구팀은 하나의 섬유형 소자에 전기 생산과 유해가스 감지 기능을 결합하는 데 성공했다. Ti-MOF 기반 섬유 구조를 활용해 태양전지 기능뿐 아니라 메탄(CH4)가스를 감지하는 센서 기능까지 확보했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부 지원을 받아 KIMS 기본사업, 글로벌선도연구센터 지원사업, 국가과학기술연구회 글로벌 TOP 전략연구단 사업을 통해 수행되었으며, 연구 논문은 화학공학 분야 세계적 학술지 '케미컬 엔지니어링 저널' 10월 6일 온라인 판에 게재되었다.