용액으로 만드는 고성능 저비용 투명복합전극 개발

- 태양전지, 디스플레이 패널 등의 생산비용 절감효과 기대
- ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈’지 속표지 게재

신소재공학과 문주호 교수와 김아름 박사과정 연구원(제1저자)이 용액공정만을 이용하여 고성능 투명전극을 제작하고 이를 태양전지에 적용하는 데 성공했다. 투명전극은 가시광선 영역에서 높은 광투과도(85% 이상)와 낮은 비저항을 갖는 반도체 전극을 총칭하며, 그래핀, 탄소나노튜브, 금속 나노와이어 등을 기반으로 한다. 연구진은 투명전극을 대기 중에서 제작해 제작비용을 크게 낮췄다. 이로써 투명전극이 사용되는 태양전지나 디스플레이 패널 등 관련 기기의 경제적 생산에 기여할 것으로 기대된다.

이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구자지원사업(창의적연구)의 지원으로 수행되었고, ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)’지 5월 2일자 속표지(Inside Front Cover)로 게재됐다. 논문명 : All-Solution-Processed Indium-Free Transparent Composite Electrodes based on Ag Nanowire and Metal Oxide for Thin-Film Solar Cells.

기존 ITO(인듐-주석 산화물, Indium tin oxide) 투명전극은 매장량에 한계가 있는 고가의 인듐을 이용하고, 고진공 설비가 필요하여 생산단가가 높다는 한계가 있었다. 이를 대기 중에서 제작 가능한 용액공정으로 대체하면 값비싼 고진공 장비가 필요 없고, 대량생산도 가능하여 큰 비용절감 효과를 기대할 수 있다.

연구팀은 안정성과 투과성이 뛰어난 산화아연 박막 사이에 은 나노와이어 필름을 삽입한 고투과성 및 고전도성의 투명 복합전극을 용액공정만 이용하여 만들었다. 이렇게 만들어진 투명전극을 박막 태양전지에 적용한 결과, 기존 진공증착 방식으로 만든 ITO 전극과 동등한 효율을 발현하는 것으로 나타났다.

문 교수는 “용액공정으로 제작한 투명 복합전극은 고가의 인듐을 사용하지 않고 진공공정이 필요 없어 비용절감 효과를 얻을 수 있어 고성능과 저비용의 두 마리 토끼를 잡는 차세대 투명전극 소재로 유용할 것”이라고 밝혔다.