전북대학교 강재욱 교수(유연인쇄전자공학과) 연구팀과 한국전력공사 전력연구원 김도형 박사팀이 친환경 용매를 활용한 잉크젯 프린팅 공정을 결합한 차세대 고효율 페로브스카이트 태양전지 기술 개발에 성공했다.

이 연구 성과는 재료과학 분야 최고 권위 국제 학술지인 『Advanced Functional Materials』(2025년 예정)와 공정화학 분야 상위 학술지인 『Chemical Engineering Journal』(2024년 8월)에 연이어 게재되며 국내외에서 주목받고 있다.

이번 연구는 유해 용매 대신 바이오매스 기반 친환경 용매(γ-valerolactone, GVL)와 고비점 첨가제(DMI)를 조합해 친환경성과 안정성이 높은 페로브스카이트 잉크를 개발한 것이 핵심이다.

연구팀은 개발된 잉크를 잉크젯 프린팅 공정으로 대기 중에서 50mm×50mm 이상의 대면적에 두께 편차를 3% 이하의 박막을 균일하게 유지하는 데 성공했다.

특히 이 과정에서 기존 공정에서 문제가 됐던 잉크 안정성, 커피링 현상(coffee-ring effect), 결정립 성장 제어 등 여러 기술적 난제를 동시에 극복하고, 기존 스핀 공정에 비해 산업적 적용과 확장성이 뛰어나다는 평가를 받았다.

또한 스핀 공정과 달리 대면적 제조가 가능하며, 최대 셀 효율 17.78%, 미니 모듈 효율 13.14%를 달성했다. 장기 안정성에서도 2개월 반 이상 성능의 95%를 유지하는 우수한 내환경 특성을 입증했다.

강재욱 교수는 “잉크젯 프린팅 기술은 친환경적이며 저비용으로 대면적 제조가 가능해 차세대 태양전지 제조기술로 각광받고 있다”며 “국내 유일의 잉크젯 기반 페로브스카이트 공정 기술을 확보하고, 한국전력과 협력으로 실용화 가능성을 한단계 높인 것이 이번 연구의 의의”라고 밝혔다.

또한 김도형 박사는 “향후 대면적 유리기판을 이용한 ‘유리창호형 태양전지’ 개발을 통해 에너지 자립형 건축 소재 개발에도 도전할 계획”이라며 연구 확대 의지를 밝혔다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부 중견연구자 지원사업과 한국전력공사의 지원으로 수행됐다.