화공·생물공학부 엄한돈 교수 연구팀, 「자가세정형 고유연 태양전지」 개발

문화예술·공과대학 화공·생물공학부 엄한돈 교수 연구팀이 울산과학기술원(UNIST) 서관용 교수·서울과학기술대학교 윤현식 교수팀과의 공동 연구를 통해 태양광 설비의 효율을 저하시키는 ‘끈적한 오염’ 문제를 해결할 수 있는 「자가세정형 고유연 태양전지」를 개발했다.

이번 연구는 기존의 물 기반 세정으로는 제거하기 어려웠던 오일성 잔여물과 먼지가 뒤엉킨 ‘점착성 오염’ 문제에 주목했다.

기존 자가세정 연구는 주로 물방울이 굴러가며 먼지를 씻어내는 소수성(물 반발) 표면에 집중됐으나, 실제 야외 환경에서는 조류 배설물이나 오일 성분이 포함된 오염물이 빈번해 소수성 표만으로는 유지관리에 한계가 있었다.

이에 공동 연구팀은 곤충 피부 구조를 모방하여 물과 기름을 모든 방향에서 튕겨내는 새로운 표면 설계를 제안했다.

연구팀은 표면 장력이 서로 다른 액체가 침투하지 못하도록 돔(dome) 형태의 미세 구조를 적용하고 내부에 공기층을 형성해, 유기계 오염물질이 표면에 달라붙지 않고 쉽게 제거되도록 구현했다.

연구팀은 실험을 통해 개발된 표면은 오일성 잔여물을 오일 기반 세정으로 말끔히 제거할 수 있음을 입증했으며, 돔 구조의 광학적 효과로 빛 흡수율이 높아져, 박막 결정질 실리콘 태양전지의 발전 효율이 기존 16.3％에서 최대 18.1％까지 향상되는 성과를 거뒀다.

내구성 측면에서도 1,000회 이상의 반복 굽힘 시험 후에도 코팅의 균열이나 박리가 발생하지 않아, 얇고 유연한 태양전지로서의 기계적 강도와 안정성을 동시에 확보했다.

윤현식 서울과학기술대학교 교수는 “이번 연구는 기존 방식이 간과했던 오일성 점착 오염 문제를 해결하기 위해 물과 기름 모두에 강한 표면을 제시했다는 점에서 의미가 있다”며 “다양한 설치 환경에서 태양광 설비의 유지관리 부담을 실질적으로 줄일 수 있을 것”이라고 말했다.

엄한돈 교수는 “이번에 개발한 태양전지는 돔 구조를 통해 오염을 방지할 뿐만 아니라 빛의 활용도를 높여 효율까지 향상시킨 사례”라며 “유연성과 고안정성을 갖춘 차세대 실리콘 태양전지 상용화에 기여할 것으로 기대한다”고 밝혔다.

한편, 이번 연구 성과는 국제학술지 「네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications, IF=18.5)」에 12월 17일 자로 게재됐으며, 한국연구재단의 중견연구자사업·중점연구소사업·글로컬 R&D 지원사업과 한국기초과학지원연구원 국가연구시설장비진흥센터의 지원을 받아 수행됐다.

<출처: 강원대학교 KNU뉴스 자랑스러운 강대인(2025.12.26자)>