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'납 성분 유출 차단 효과' 차세대 태양전지 제작 기술 개발

송고시간2021-12-27 15:07

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한국연구재단 "유리 봉지 공정 대신 자가 치유 고분자 물질 활용"

자가치유 고분자 이용 페로브스카이트 광전소자 봉지(encapsulation) 공정
자가치유 고분자 이용 페로브스카이트 광전소자 봉지(encapsulation) 공정

[한국연구재단 제공. 재판매 및 DB 금지]

(대전=연합뉴스) 김준호 기자 = 국내 연구진이 차세대 태양전지 소재인 페로브스카이트에서 물에 녹은 납 성분이 외부로 유출되는 현상을 차단하는 기술을 개발했다.

한국연구재단은 김인수 박사 연구팀(한국과학기술연구원)과 손동희 교수(성균관대) 등이 납 유출을 방지하기 위한 신축·유연 페로브스카이트 태양전지 제작기술을 개발했다고 27일 밝혔다.

페로브스카이트는 부도체·반도체·도체 성질은 물론 초전도 현상까지 갖는 산화물로, 이를 활용해 제작한 태양전지는 실리콘을 활용한 태양전지와 달리 가볍고 유연하다.

다만 납 화합물을 포함하고 있어 인체 유해성과 관련한 우려가 꾸준히 제기되는 중이다.

열·수분에 취약한 페로브스카이트 소재는 외부 환경과 차단하기 위해 유리로 된 봉지(encapsulation) 공정을 거친다.

얇고 딱딱한 봉지용 유리는 외부 충격에 손상될 우려가 높을 뿐만 아니라 신축성이 필요한 웨어러블 디바이스(착용형 장비) 등에 응용하는 데 한계를 보였다.

연구팀은 고분자실리콘화합물(PDMS)로 된 자가 치유 고분자를 봉지막과 전극 소재로 적용해 추가 공정 없이 납 화합물 유출 방지 효과와 신축성을 모두 얻는 데 성공했다.

PDMS는 생물학·의학·약학·재료공학 등 분야에서 널리 활용되는 투명한 고분자 물질이다.

실제로 우박을 맞은 충격을 가정해 인위적으로 훼손한 뒤 물에 넣어 흘러나온 납 화합물량을 확인해보니 유출량은 0.6ppb(1ppb는 10억분의 1) 수준으로 나타났다.

이는 5.6ppm(1ppm은 100만분의 1) 수준인 기존 유리 방식 봉지 기술보다 최대 5천 배 높은 납 유출 차단 효과다.

ppb와 ppm은 납·아연·구리·철·망간 등의 성분 비율이나 농도 단위로, 물 1㎏에 납 1㎎이 들어 있으면 1ppm이다.

연구팀 관계자는 "자가 치유가 가능한 신축성 고분자 소재를 봉지막으로 활용하면 신축성이 있고 유연한 소자를 제작할 수 있을 것으로 봤다"며 "외부 손상이 발생해도 자가 치유 특성을 통해 납 화합물의 유출을 방지할 수 있다"고 설명했다.

이번 연구 결과는 나노소재 분야 국제학술지 '에이씨에스 나노'(ACS Nano)에 지난달 29일 게재됐다.

kjunho@yna.co.kr

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