서강대 강성민 교수팀, 유리날개나비서 힌트 얻어 스티커형 반사방지 필름 개발 … 페로브스카이트 태양전지 효율 개선

서강대학교는 기계공학과 강성민 교수가 나비 날개에서 영감을 얻은 새로운 반사 방지 필름을 개발해 유연한 태양전지의 발전 효율을 1.55% 개선했다고 8일 밝혔다.

이번 연구는 서울대 기계공학과 이윤석·최만수 교수 공동 연구팀과 함께 진행했다.

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

공동 연구팀은 이를 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 흡수되게 했다. 이 필름은 공기에서 태양전지로 빛이 들어갈 때 반사를 최소화하는 점진적 구조로 돼 있다. 머리카락 두께의 300분의 1쯤에 해당하는 300나노미터(㎚, 1㎚는 10억분의 1m) 크기의 돔 형태 구조를 표면에 배열했다.

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

이번 연구 성과는 에너지 분야 세계적인 학술지 '에너지 화학 저널(Journal of Energy Chemistry)'에 지난 4월 23일 온라인 게재됐다. 서강대 최지성 연구원, 한국에너지기술연구원 김언수 연구원, 서울대 이지은 연구원이 공동 제1저자, 서울대 이윤석·최만수 교수, 서강대 강성민 교수가 교신저자로 각각 참여했다.