[뉴스웍스=문병도 기자] 김인수 한국과학기술연구원(KIST) 박사 연구팀과 손동희 성균관대 교수 등이 납 유출을 방지하기 위한 신축, 유연 페로브스카이트 태양전지 제작기술을 개발했다. 

기존의 딱딱한 유리 대신 가볍고 유연한 자가치유 소재로 열과 수분에 취약한 페로브스카이트에서 납 성분이 유출되는 것을 방지했다. 구부리거나 늘이는 것은 물론 외부 충격으로 소재가 찢어져도 자가치유를 통해 납 유출을 차단할 수 있도록 했다.

페로브스카이트는 티탄산 칼슘(CaTiO3)으로 이루어진 칼슘 타이타늄 산화광물이다. 이 광물은 1839년에 구스타프 로즈에 의해 러시아의 우랄 산맥에서 발견됐다. 당대의 유명 광물학자인 러시아 레프 페로브스키(1792-1856)의 이름을 따서 명명됐다.

최근에는 페로브스카이트를 태양전지에 응용하는 연구가 각광 받고 있다. 페로브스카이트 태양전지의 장점은 크게 3가지다. 먼저 비용이 저렴하다. 높은 발전 효율도 장점이다. 반투명성과 유연성이 뛰어나다.

페로브스카이트 소재는 열과 수분에 취약해 외부환경과 차단을 위해 유리 기반의 봉지 공정을 거친다. 봉지용 유리는 얇아 외부 충격에 의해 손상될 우려가 높다. 딱딱한 유리를 활용하기에 신축성이 필요한 웨어러블 디바이스 등에 응용되기에 한계가 있었다.

연구팀은 찢어지는 등의 손상이 있을 때 수소결합을 통해 손상된 부분을 회복하는 자가치유 고분자를 봉지막과 전극소재로 적용했다. 별도 추가 공정 없이 납 화합물 유출 방지효과와 신축성을 모두 얻는데 성공했다.

실제 자가치유 고분자 소재로 봉지된 페로브스카이트 기반 태양전지를 우박으로 인한 충격을 비슷하게 만들어 인위적으로 손상시킨 뒤 물에 넣고 흘러나온 납 화합물의 양을 확인했다. 납 화합물의 유출량은 0.6ppb수준으로 나타나 5.6ppm 수준의 기존 유리 방식 봉지기술 대비 5000배 가량 높은 납 유출 차단 효과를 거뒀다.

김인수 박사는 미국 노스웨스턴 대학교에서 박사학위를 받고 알곤공립연구소에서 박사후 연구원을 역임했다. 나노소재 및 에너지변환 소자가 전문연구분야다. 손동희 교수는 서울대에서 박사학위를 받고 미국 스탠포드대에서 박사후 연구원을 지냈다. 신축성 무기 및 유기 전자재료 및 소자, 자가치유 가능한 신축성 신경인터페이스가 전문분야다.

연구팀은 "자가치유 가능한 유연, 신축 전극 소재는 납 유출을 막을 뿐만 아니라 최근 폴더블폰 등에서 이슈로 대두되고 있는 힌지 문제를 해결하는데 도움이 될 수 있을 것"이라고 말했다. 연구 성과는 나노소재 분야 국제학술지 '에이씨에스 나노'에 지난달 29일 게재됐다.