한국과학기술원(KIST) 이필립 박사, 부산대학교 전일 교수 공동 연구팀이 한·일 공동연구를 통해 탄소나노튜브-폴리이미드로 구성된 투명전도성 필름을 개발했다.
이를 통해 폴더블, 롤러블 디바이스 등의 고 유연성 전자소자의 전극으로 활용될 것으로 보인다.
페로브스카이트 태양전지는 유·무기 혼합 페로브스카이트 결정구조를 광 흡수층으로 활용하는 박막형 태양전지다.
광전변환효율이 높고 유연화할 수 있어 휴대용 전력원으로 주목받고 있다.
하지만 접거나 구부릴 수 있는 휴대용 디바이스의 전원으로 활용하는데 하부 투명전극의 유연성을 높여야 하는 과제가 있다.
연구팀은 유연성과 투명성을 동시에 지닌 좋은 전극 후보 물질이지만, 내부의 빈 공간들과 거친 표면 때문에 하부 전극으로 활용하는 데 어려움이 있는 탄소나노투브에 주목했다.
연구팀은 그물 형태의 탄소나노튜브의 빈틈과 거친 표면을 폴리이미드로 보완해 유연하고 투명한 탄소나노튜브를 만들어냈다.
이 복합체는 제곱평균제곱근(root-mean-square, RMS) 거칠기 0.446nm의 매우 부드러운 표면을 갖는다.
엉킨 머리카락과 같은 형태를 가진 탄소 나노튜브 필름 내부에 존재하는 빈 공간과 7.040 nm의 RMS 표면거칠기로 인해 탄소 나노튜브 위 박막 태양전지 형성을 어렵게 하는 것을 완화시켰다.
탄소나노튜브-폴리이미드 투명 전도성 복합체 제작 및 표면 거칠기 특성/부산대학교 제공
실제 폴리이미드를 적용해 제작한 접을 수 있는 폴더블 페로브스카이트 태양전지는 기존에 보고된 탄소나노튜브 기반 유연 태양전지 중 최고 수준의 광전변환효율(15.2%)를 나타냈다.
복합체 필름을 기반으로 구현된 페로브스카이트 태양전지는 접음 조건(굽힘 곡률 반경: 0.5 mm)에서 1만회의 반복 사이클 이후에도 처음과 동일한 성능을 보였다.
폴더블 에너지원으로써의 잠재성을 보인 것이다.
연구팀은 탄소나노튜브를 유연 태양전지 등 폴더블, 롤러블 디바이스와 같은 고 유연성 전자소자의 전극으로 활용할 수 있을 것으로 보고 있다.
이번 연구의 결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스 (Advanced Science)’에 2월 8일자로 실렸다.
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