서강대 기계공학과 강성민교수 공동연구팀,

유리날개나비 모사 스티커형 다층 반사 방지 필름, 유연 페로브스카이트 태양전지 효율 개선

▲ (좌측부터) 서강대학교 기계공학과 강성민 교수, 최지성 연구원

    서강대학교(총장 심종혁) 기계공학과 강성민 교수와 서울대학교 기계공학과 이윤석·최만수 교수의 공동 연구팀이 나비 날개에서 영감을 얻은 새로운 반사 방지 필름을 개발하여 유연한 태양전지의 발전 효율을 1.55% 개선하는 데 성공했다. 이 연구 성과는 4월 23일 에너지 분야 국제 학술지 'Journal of Energy Chemistry' 온라인에 게재되었다.

 기후 위기 대응에 중요한 태양전지는 효율 향상이 핵심 과제로 꼽힌다. 특히 얇고 구부러지는 유연형 페로브스카이트 태양전지(FPSC)는 웨어러블 기기나 휴대용 전자제품에 적용할 수 있어 주목받고 있지만, 빛이 태양전지 표면에서 반사되어 약 10%가 손실되는 문제가 있었다.

 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 유리날개나비의 투명한 날개 구조에서 힌트를 얻었다. 나비 날개의 미세 구조를 모방한 스티커형 다층 반사 방지 필름(GSMA)을 개발해 태양전지 표면에 빛이 더 많이 흡수되도록 했다. 이 필름은 공기에서 태양전지로 빛이 들어갈 때 반사를 최소화하는 점진적인 구조를 가지고 있으며, 눈에 보이지 않는 약 300나노미터(머리카락 두께의 약 300분의 1) 크기의 돔 형태 구조를 표면에 배열했다.

 개발된 필름은 높은 온도와 습도, 물속 노출 등 극한 환경에서 500시간 테스트 후에도 성능을 유지했으며, 1mm 반경으로 반복해서 구부려도 손상되지 않는 내구성을 보였다. 이 기술은 태양전지뿐만 아니라 LED 조명의 밝기 향상, 디스플레이 선명도 개선, 각종 광센서의 감도 증가 등, 빛을 활용하는 다양한 전자기기의 성능을 높이는 데도 활용될 수 있다.

 이번 연구는 세계적으로 인정받는 에너지 분야 학술지(IF : 14.0, JCR : 상위 2%)에 게재되었으며, 서강대학교의 최지성 연구원, 한국에너지기술연구원 김언수 연구원, 서울대학교 이지은 연구원이 제1저자로, 서울대학교 이윤석 교수·최만수 교수, 서강대학교의 강성민 교수가 교신저자로 참여했다.