인더뉴스 제해영 기자ㅣ부산대학교는 나노에너지공학과 이형우 교수 연구팀이 전량 건식공정으로 제작 가능한 ‘코어-시스 구조 탄소나노튜브 섬유 전극’을 개발하고 이를 섬유형 염료감응 태양전지에 적용해 우수한 성능을 구현했다고 27일 밝혔습니다.
이번에 개발된 전극은 수직 배열된 탄소나노튜브를 합성한 뒤 건식 방사 방식으로 섬유 형태를 제작하고, 다가닥 꼬임과 CNT 필름 코팅을 통해 코어-시스 구조를 형성한 것이 특징입니다. 이를 통해 기존 다중 꼬임 구조에서 발생하던 뒤틀림과 풀림 문제를 효과적으로 억제했습니다.
연구 결과, 이 전극을 적용한 태양전지는 백금 기반 장치 대비 개방전압과 충진률이 향상돼 최대 6.25%의 광전변환효율을 달성했습니다. 이는 기존 백금 기반 섬유형 태양전지보다 43% 이상 높은 수치로, 고가 소재 없이도 높은 성능을 확보한 성과입니다.
또한, 450회 이상의 굽힘 시험 후에도 초기 효율의 80% 이상을 유지했고, 200시간 이상의 장기 구동에서도 안정적인 출력을 보이며 내구성과 신뢰성을 입증했습니다. 연구팀은 이를 실제 섬유 구조물에 장착해 상용 전자기기의 전원으로 활용하는 데 성공했습니다.
이형우 교수는 “이번 연구는 전량 건식 공정만으로 고성능과 내구성을 모두 확보한 탄소 기반 태양전지 전극을 구현했다는 데 의의가 있다”며 “향후 플렉서블 전자소자, 스마트 의류, 센서 통합형 전력공급 모듈 등 다양한 분야로의 응용이 가능할 것”이라고 말했습니다.
이번 연구는 부산대 이형우 교수와 오진우 교수, 한국재료연구원 송명관 박사가 공동 교신저자로 참여했으며, 부산대 김영권 박사과정생과 우채영 박사후 연구원이 공동 제1저자로 이름을 올렸습니다. 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단, 국가과학기술연구회 지원을 받아 수행됐습니다.
연구 결과는 국제 저명학술지 'Small Structures' 7월 30일자에 게재됐으며, 논문 제목은 ‘All-Dry Fabricated Core–Sheath Carbon Nanotube Yarn Electrode for Fiber-Shaped Dye-Sensitized Solar Cells’입니다.
