연구팀이 개발한 필름형 롤러블 태양전지. 광센서 소자가 5천 회의 반복적인 스트레스 테스트에도 높은 효율을 유지했다.[한국재료연구원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 한국재료연구원(KIMS) 에너지·환경재료연구본부 임동찬, 김소연 박사 연구팀이 에너지·전자소자의 내구성을 획기적으로 높이는 차세대 박막 소재 기술을 개발했다. 이 기술은 유기물과 무기물을 이중으로 적층해 필름형 태양전지, 센서 등에 적용이 가능하다. 또한 돌돌 말거나 펼 때 발생하는 물리적 스트레스를 최소화해 기계적 내구성을 크게 개선한 점이 특징이다.

기존 에너지·전자 소자는 롤투롤 생산 공정 과정 또는 롤러블 사용 환경에서 불량이 자주 발생했다. 특히 다양한 이종 소재가 적층된 박막 소재의 경우 박리(층간 분리)가 쉽게 일어났다. 연구팀은 이를 극복하고자 새로운 계면 박막 소재를 개발하고 공정 과정에서 불량이 발생하지 않도록 기계적 내구성 문제를 해결하는 데 성공했다.

연구팀은 기계적 유연성이 뛰어난 유기물과 기계적 강도가 높은 무기물을 이중으로 코팅한 새로운 박막 소재를 개발해 유연 소자가 다양한 환경에서 발생하는 물리적·화학적 스트레스를 이겨내도록 했다. 해당 소재는 투명전극과 태양전지, 디스플레이 등의 활성층 사이에 계면층으로 사용돼, 전극과 활성층 간 결합 특성을 개선하고 기계적 및 화학적 내구성을 동시에 높였다.

이번 연구를 수행한 한국재료연구원 연구진.[한국재료연구원 제공]

임동찬 박사는 “이번 기술은 필름형 유연 기판을 사용하는 롤투롤 생산 공정에서의 생산 수율을 크게 향상할 뿐만 아니라, 에너지와 디스플레이, 로봇 등 다양한 후방 산업에 적용이 가능하다”며 “핵심 소재 부품의 국산화 비율을 높이고 핵심 산업의 경쟁력 강화에 기여할 수 있는 기술”이라고 말했다.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’와 ‘케미컬 엔지니어링 저널’에 각각 게재됐다.

연구팀은 현재 국내 최대 파일럿 규모의 롤투롤 코팅과 제품화 설비를 활용해 유관 기업과 협력하고, 롤러블 에너지·전자 소자의 연속 프린팅 기술 확보와 조기 기술 사업화를 추진하고 있다.