부경대 인쇄정보공학과 신동윤 교수와 한국에너지기술연구원 송희은 박사팀은 지난 12월 30일 전극소재가 통과하는 미세 노즐에 양(+)전극을 연결하고 태양전지 기판에 음(-)전극을 연결해 전극소재가 요철이 형성된 태양전지 표면에 밀착되게 인쇄하므로 효율을 높이는 데 성공했다고 밝혔다.
태양전지 기판에 인쇄되는 전극은 태양전지를 최소한으로 가려 햇빛을 많이 받을 수 있게 미세할수록 유리하다.
현재 미세 전극은 인쇄하고 싶은 모양대로 미세한 구멍을 뚫은 필름을 태양전지 위에 덮고 필름 구멍으로 전극 소재를 힘을 가해 밀어 넣어 인쇄하는 스크린인쇄 방식이 주로 사용된다. 문제는 이 방법은 인쇄할 때 가해지는 압력으로 인해 점점 얇아지는 태양전지가 깨지기 쉽다는 점이다.
이러한 단점 해결 차원에서 최근 전극 소재를 미세한 노즐을 통과시켜 태양전지에 살짝 올려놓는 ‘비접촉 디스펜싱’ 인쇄 기술이 개발되고 있다. 하지만 이 방법 역시 전극 소재가 너무 묽으면 태양전지 표면에 퍼져버리고 너무 뻑뻑하면 태양전지에 잘 밀착되지 않는 단점이 지적된다.
이에 연구진은 전극소재가 통과하는 미세 노즐에 양(+)전극을, 태양전지 기판에 음(-)전극을 연결해 노즐에서 나오는 전극소재가 정전기 힘으로 태양전지 표면에 밀착되게 했다.
이 기술을 이용하면 치약보다 뻑뻑한 농도의 전극소재도 요철이 있는 태양전지 표면에 들뜸 없이 밀착 인쇄되는 것을 이번에 연구진이 확인한 것이다.
특히 기존 인쇄 방식으로 13.7%의 효율을 보인 태양전지에 이 인쇄 기법을 적용한 결과 효율이 17.2%로 높아진 것으로 나타났다.
신 교수는 “이번 연구는 실리콘 태양전지에 힘을 가하며 전극을 인쇄하는 방법을 대체하기 위한 차세대 미세전극 인쇄공정·소재를 개발한 것”이며, 이 기술을 현재 상용화돼 있는 태양전지 생산공정에 적용하기 위한 후속연구를 진행할 계획”이라고 말했다.
한국연구재단 기초연구사업 지원으로 수행된 이 연구 결과는 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports, 11월 18일자) 온라인판에 게재됐다.
