국내 연구진이 태양전지 소자로 주목받는 이황화몰리브덴을 대량 생산하고, 수명도 획기적으로 향상시키는 기술을 개발했다.
한국과학기술연구원(KIST·원장 이병권)은 조한익 전북분원(분원장 김준경) 복합소재기술연구소 박사팀이 쉽고 대량생산이 가능한 판상형 ‘부분산화 이황화몰리브덴’ 제조법을 개발했다고 3일 밝혔다.
연구팀은 판상형 부분산화 이황화몰리브덴 제조를 위해 이황화몰리브덴과 약하게 반응할 수 있는 과산화수소와의 단순 혼합 및 교반을 이용했다. 이를 통해 용액공정이 가능한 부분산화 이황화몰리브덴 나노시트를 제조하고, 고농도 분산을 갖는 용액을 만드는 데 성공했다.
이황화몰리브덴은 자연에서 발견되는 암석에서 얻어진다. 그래핀과 같이 전기적, 기계적 성질이 뛰어나며 실리콘을 대체할 수 있는 차세대 나노소재로 각광받고 있다.
3차원 다층구조인 이황화몰리브덴을 태양전지에 적합한 특성을 갖는 재료로 만들려면 얇은 판상형으로 제조하고, 그 위에 산화몰리브덴 입자를 올려야 한다. 기존 제조법은 장시간의 초음파를 암석에 처리해 제조하기 때문에 대량생산이 어렵고 이황화몰리브덴 농도가 낮았다. 또 박리되지 않은 물질은 재분리 과정을 거쳐 다시 분리해야 하는 어려움이 있었다. 이 때문에 고농도의 판상형 이황화몰리브덴 제조가 어려웠다.
연구팀은 3차원 이황화몰리브덴을 과산화수소에 단순 혼합해 판상형 구조를 갖는 고농도의 액체상태 부분산화 이황화몰리브덴을 제조했다. 이렇게 제조한 용액을 기판에 스핀 코팅해 판상형 부분산화 이황화몰리브덴 필름을 손쉽게 만들어냈다.
이 제조법은 기존 공정대비 공정을 2단계 줄였고, 고농도의 우수하고 안정한 부분산화 이황화몰리브덴을 대량 생산할 수 있다. 이를 유기태양전지에 적용한 결과 효율이 향상되는 것도 확인했다. 기존 태양전지는 4일 정도 후 효율이 0%로 떨어지는 데 비해 16일이 지나도 20%의 효율만 감소했다.
조한익 박사는 “개발된 나노소재 박리방법은 값싼 원료를 이용하며 손쉽게 대량생산할 수 있다”면서 “2차원 나노소재 제조의 상업화에 활용할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
이번 연구는 KIST의 기관고유연구사업으로 수행했으며, 연구성과는 국제학술지 ‘스몰(small)’ 6월 25일자 표지논문으로 게재됐다.
권건호기자 wingh1@etnews.com
