한국전기연구원, 직조물 구조 유연 태양전지 개발

옷감처럼 짜내는 태양전지 나온다!

황 주 상 기 자

최근 몸에 착용 가능한 웨어러블 기기(Wearable Device)가 차세대 핵심기술 및 산업으로 각광받고 있다. 지난해 구글이 ‘구글 글래스’를 출시한 데 이어 올해 초에는 세계적 가전쇼에서 삼성, 소니, 퀄컴 등 내로라하는 기업들이 스마트안경, 스마트시계, 스마트팔찌, 스마트신발형 기기를 앞다퉈 공개했다. 현재 웨어러블 기기는 군사, 소방 등 특수한 상황에서 사용되는 제품에서 생활보조, 건강관리, 인포테인먼트, 인간능력 향상 등에 이르기까지 웨어러블 기기의 응용분야는 점점 확대되고 있으며 앞으로도 이러한 성장세는 계속될 것으로 보인다.

최근에는 웨어러블 기기에 필요한 전력을 공급해줄 수 있는 효과적인 전력원의 개발도 함께 주목받고 있다. 이러한 가운데 최근 개발된 직조형 염료감응 태양전지가 이러한 웨어러블 기기의 자체 전력원으로 떠오르고 있어 관련시장의 귀추가 주목되고 있다.

다양한 패턴양식과 경량화가 장점

직조형 태양전지는 염료감응형 태양전지 기술을 기반으로 한다.

금속과 세라믹 섬유를 활용한 이 기술은 태양전지의 음극과 양극 구조를 직조공정을 통해 옷감처럼 짜내고 스크린 프린팅 공정을 통해 광전극과 염료를 프린팅해 옷감 형태의 태양전지를 제조한다.

직조형 태양전지는 유연하고 부드러우며 옷감과 마찬가지로 재봉과 재단이 가능하다는 것이 특징이다. 또한, 사용 환경과 응용 대상에 따라 다양한 패턴을 적용해 제작할 수 있어 응용선택의 폭이 넓다는 것도 장점이다.

특히 기존의 면, 실크, 팰트 등의 천에 직조공정으로 제조된 전극을 재봉해 부착할 수 있는 한편, 기존 옷감을 제조할 때 태양전지를 삽입(옷감 삽입형)할 수 있고 직조로만 제조(직조형)하는 등 다양한 형태로 제조할 수 있어, 응용 범위와 가능성이 높다고 평가된다.

생활 및 캠핑, 군사 등 폭넓은 적용범위 자랑

전문가들은 이번 기술이 IT 기반 제품의 편의성 증진에 크게 기여할 것으로 예상하고 있다. 현재 웨어러블 기기는 대개 구글 글라스와 같은 안경이나 삼성 기어 등의 시계형태를 취하고 있는데, 안경밴드나 시계줄 등에 이 기술을 적용하면 각 제품을 기기 전원으로 활용할 수 있게 된다.

또 최근 레저활동의 트렌드로 각광받고 있는 캠핑에도 유용하게 활용할 수 있다. 기존에는 캠핑장에서 사용할 전자기기를 위해 배터리를 따로 휴대하거나 캠핑장 내 자체전원을 활용했지만 타프와 텐트 등에 적용 가능한 태양전지를 활용하면 짐에 대한 사용자의 부담을 한결 덜 수 있다. 이밖에도 가정용 건물 일체형 태양전지나 커튼에 적용할 수 있는 등 다양한 범위에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

연구진이 이번 기술의 적용범위로 특히 주목하고 있는 분야는 바로 군사시장이다. 미래 군사작전에서는 군사용 휴대용 초경량 전지와 더불어 작전 지역 현장에서 직접 전투나 장거리 이동, 극한 환경에서의 생존 등에 필요한 전기를 현장에서 직접 생산해 활용할 수 있는 기술이 필수적이다. 직조형 유연태양전지 기술을 군용막사, 전투용 배낭, 군모 등에 적용하면 현장에서 즉시 전기를 생산 및 활용할 수 있어 작전상황에 유용하다.

연구진은 “2020년의 한국군은 넓은 작전반경으로 이동시간이 길거나 무거운 장비로 이동이 불가능할 경우에도 개별 전자장비 이용에 큰 어려움이 없을 것이다. 이는 의복에 부착하거나 천 재질에 삽입할 수 있도록 제조된 직조물 구조 유연 태양전지의 첨단기술 덕분”이라며 “병사들은 작전지역에 설치한 군용막사나 개인 야전텐트, 군모나 전투복을 태양전지로 활용해 전기를 생산하게 될 것”이라고 전했다.

현재 직조형 유연 태양전지는 즉시 상용화해도 충분한 5%의 효율을 보이고 있다. 이에 연구진은 응용분야에 적합한 후속 연구 및 기술이전을 통해 빠른 시일내로 상용화를 진행할 예정이다.

한국전기연구원의 차승일 선임연구원은 “이번 연구개발은 직조 구조를 제대로 활용한 세계 최초의 태양전지 개발성과로서 앞으로의 기대가 크다”고 전하며, “아직 밀봉 기술, 전해질 기술, 효율 최적화 기술 등을 비롯해 실질적인 상품화까지 해결해야 할 과제가 산재해 있지만 가장 핵심적 부분인 직조 태양전지 구조 개발에 성공했기 때문에 남아 있는 기술적 문제는 응용 범위와 연계하며 개발할 예정”이라고 전했다.

한편, 한국에너지기술평가원의 신재생에너지핵심원천기술개발 사업의 지원으로 개발된 이번 연구기술은 세계적인 학술지로 이름높은 네이처의 자매지 사이언티픽 리포트에 6월 24일자로 소개돼 국내외 관련 연구자들의 뜨거운 주목을 받고 있다.

SOLAR TODAY 황 주 상 기자 (st@infothe.com)