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 실리콘 기술로는 유연한 박막 태양전지를 만들기 쉽지 않다. 그 이유는 원활한 전자의 흐름과 빛이 통과할 수 있도록 투명해야하기 때문이다. 스위스 연방 재료과학 연구소 (Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology-EMPA)는 고분자 직물을 이용한 전극을 선보였다. 이 고분자 직물 전극은 기존의 인듐 주석 산화물(indium tin oxide-ITO) 전극을 대체할 것으로 기대된다.
원자재의 희귀성과 가격 상승으로 인해서 전자제품 및 관련 재료 가격이 상승하고 있다. 이 희귀 금속들은 터치 스크린, 휴대 전화기, 액정 화면, 유기성 발광 다이오드, 박막 태양전지 등에 사용된다. 위에서 언급한 ITO 재료가 주로 사용되지만 상당히 고가이며, 태양전지 같은 대량생산 용으로는 비경제적이다.
ITO 대체 재료 연구
인듐계열 외에도 투명 산화물이 존재하기는 하지만, 수요를 고려하면 부족현상은 마찬가지다. 더우기 변형을 줄 경우에 물성이 떨어지는 취약점까지 있다. 그래서 많은 연구팀이 대체물을 찾고 있다. 그 예로 전도성 고분자, 탄소 나노튜브, 그래핀 등이 있다. 탄소 전극은 표면 정항이 너무 높아서 전도체로서는 적합하지 않다. 또한 유기층에 금속 격자를 삽입하면 저항은 낮아지지만 기계적 물성이 떨어진다. 만약 태양 전지 모듈을 접을경우 박막층이 깨지면서 전도성을 잃는다. 이러한 문제점을 극복하기 위해서 유연하면서도 안정적인 전도성 물질을 찾아야하며, 이상적으로는 저렴한 롤 공정을 사용할 수 있으면 최상이다.
대안 재료 : 고분자 직물 전극
스위스 기술혁신 의회(Commission pour la technologie et l`innovation-CTI)가 후원하여 EMPA와 세파사(Sefar AG)가 공동으로 개발한 투명 고분자 직물 전극은 많은 가능성을 제시해준다. 세파사는 롤 공정을 사용하여 특수직물을 만드는 전문 업체이다. 이들은 금속실을 직물에 삽입하여 전도성을 띠게했으며, 금속실들을 덮지 않는 수준에서 불활성 고분자로 얇게 코팅을 하였다.
이런 과정을 통해서 얻은 전극은 투명도를 유지하면서, 안정적이고 유연성 또한 유지한다. EMPA 연구원들은 이 전극을 유기성 태양전지에 응용하였으며, ITO 전극을 사용했을때의 효율을 얻을 수 있었다. 또한 이 직물 전극은 현재 상용화된 ITO 박막 보다 외부자극에 더 안정적임을 증명했다.
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