태양전지·디스플레이 등의 반사 방지 코팅소재 시장이 빠르게 성장하는 가운데, 빛을 잘 투과시켜 태양전지 효율을 높이면서 대면적 제조할 수 있는 코팅소재가 개발됐다.
이상진 한국화학연구원(원장 이영국) 박사와 김진영 울산과학기술원(UNIST) 교수팀 성과다.
태양전지는 빛 에너지를 전기 에너지로 바꾼다. 반사되지 않고 투과되는 빛이 많을수록 태양전지 효율이 높다. 반사 방지 코팅 필름이 태양전지 고효율화 기반이다.
그러나 투과율을 높이면서 대면적화가 가능한 반사방지 코팅소재를 만들기 어렵다.
반사방지 코팅소재는 대부분 박막 형태 필름으로, 대면적화하려면 원재료 덩어리를 필름화하는 '스퍼터링'이 필수다.
그런데 스퍼터링 공정은 전기가 잘 통하지 않는 재료에 부적합하다. 빛 굴절률이 낮은 소재는 대부분 전기가 잘 통하지 않는다.
이에 연구팀은 빛 투과율은 높지만, 굴절률이 낮은 불소 고분자 소재에 전도성 물질인 탄소나노튜브를 첨가해 새로운 코팅소재를 만들었다. 일반 스퍼터링 방식으로 대면적 코팅 필름을 쉽게 제조할 수 있다.
또 연구팀은 코팅소재 속 불소 물질이 태양전지에 도핑되면 전지효율 향상에 도움이 된다는 것을 발견했다.
연구팀은 코팅소재 속 불소 물질이 태양전지 전하수송층에 일부 스며들게 했다. 이 결과 태양전지 전하 이동도가 코팅 전보다 45% 향상됐다. 또 새로운 코팅소재는 발수 성능이 좋아 비가 오면 스스로 태양전지 표면을 세척하는 효과도 가지고 있다.
개발 소재를 페로브스카이트 태양전지에 적용한 결과 유리 기판 가시광선 영역에서 평균 빛 투과율이 3.2%p 높아졌으며, 최종 태양전지 효율은 적용 전 24.17%에서 적용 후 25.30% 효율로 1.13%p가 증가했다.
연구팀은 국내외 특허를 바탕으로 필름 폭이 700밀리미터(㎜)인 파일럿 스케일 수준 롤투롤 연속 코팅소재 시범 제조 기술을 확보했다. 후속 연구로 대기업에서 실제로 생산하는 3m 폭 디스플레이 코팅 공정에도 적용 가능하다.
이영국 원장은 “이번 기술은 첨단 디스플레이 코팅소재로도 응용 가능해 국내 첨단소재 기술 발전에 크게 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
