[ 한국미디어뉴스 기동취재 기자 ]  인천대학교(총장 이인재)는 물리학과 이진호 교수 연구팀이 유기 태양전지와 페로브스카이트 태양전지의 대면적화를 위한 모듈 디자인 및 패터닝 기술의 발전 방향을 집대성한 논문을 발표했다고 밝혔다.

이번 연구는 에너지·환경 분야 세계 최고 권위지인 ‘에너지 앤 인바이런멘탈 사이언스(Energy & Environmental Science, IF: 31, JCR 상위 0.4%)’지에 3월 19일자 온라인 판에 게재되었으며, 한국화학연구원 전남중 박사, 홍순일 박사 연구팀과 공동으로 수행하였다(논문명: Review of module designs for organic and perovskite solar cells).

 현재 유기 및 페로브스카이트 태양전지는 실험실 수준의 소면적 셀에서 각각 19.2%와 27.0%라는 높은 효율을 달성했으나, 상업화를 위한 대면적 모듈(>10 cm2) 제작 시 효율이 20~30% 급격히 저하되는 ‘Cell-to-Module’ 효율 격차가 가장 큰 걸림돌이었다. 이진호 교수팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 필수적인 모듈 구조 설계와 정밀 패터닝 기술을 체계적으로 분석하였다.

 연구팀은 특히 가장 지배적인 패터닝 기술인 레이저 스크라이빙(Laser Scribing)의 메커니즘을 심도 있게 분석하였다. 레이저 스크라이빙은 비접촉 방식으로 95% 이상의 높은 기하학적 충진율(GFF)을 가능케 하지만, 공정 중 발생하는 열 영향부(HAZ)로 인한 성능 저하 문제가 존재한다. 이에 연구팀은 극초단 레이저 활용뿐만 아니라, 열 손상을 원천적으로 차단할 수 있는 ‘P2-free’ 자기정렬 구조와 in-situ(실시간) 전기화학적 패터닝 등 혁신적인 대안들을 제시하였다.

 또한, 최근 주목받고 있는 인공지능(AI) 및 머신러닝 기술을 태양전지 제조 공정에 도입하는 전략을 비중 있게 다루었다. AI를 통해 방대한 재료 조합을 스크리닝하고 복잡한 공정 변수를 최적화함으로써 차세대 태양전지의 효율과 안정성을 동시에 확보할 수 있는 스마트 제조 플랫폼의 비전을 제시하였다.

 인천대 이진호 교수는 “이번 논문은 차세대 태양전지가 실험실을 넘어 실제 우리 삶의 에너지원으로 자리 잡기 위해 반드시 넘어야 할 ‘대면적화’라는 기술적 장벽에 대해 명확한 청사진을 제시한 것”이라며, “특히 AI 기술과의 융합은 제조 공정의 효율성을 극대화하여 차세대 태양광 시장의 판도를 바꿀 핵심 열쇠가 될 것”이라고 말했다.

 본 연구는 과학기술정보통신부 산하 한국연구재단(NRF)의 중견연구자지원사업 및 산업통상자원부 산하 한국에너지기술평가원(KETEP)의 에너지인력양성사업의 지원을 받아 수행되었다.