접고 늘려도 전기 생산…KIST, 3차원 태양광 구조체 개발

500% 변형에도 발전 성능 유지

태양전지 배치 면적 최대 225% 확보

한국과학기술연구원은 차세대태양전지연구센터 이필립 센터장 연구팀이 구조의 움직임과 전기 연결을 함께 설계한 3차원 태양광 메타구조체를 개발했다고 14일 밝혔다. ⓒ한국과학기술연구원

건물 곡면 외벽처럼 평판 태양전지를 설치하기 어려운 공간에서도 형태를 바꾸며 전기를 생산하는 기술이 개발됐다.

한국과학기술연구원(KIST)은 차세대태양전지연구센터 이필립 센터장 연구팀이 구조의 움직임과 전기 연결을 함께 설계한 3차원 태양광 메타구조체를 개발했다고 15일 밝혔다.

연구팀은 종이를 자르고 접는 키리가미·오리가미 원리를 활용해 잡아당겼다 놓으면 원하는 형태로 접히는 구조를 구현했다. 늘어나거나 접혀도 전기 연결이 끊어지지 않는 게 특징이다.

전극에는 은 나노선과 인듐·갈륨 액체금속을 결합했다. 은 나노선이 전류 통로를 유지하고 액체금속이 빈틈을 메워 큰 변형에도 안정적으로 전기가 흐른다.

실험 결과 500% 변형률에서도 발전 성능이 거의 달라지지 않았고 1000회 반복 변형도 견뎠다. 전극은 약 2년간 실내 보관 후에도 성능 저하가 관찰되지 않았으며 1만회 반복 접힘 시험에서도 안정적으로 작동했다.

태양전지를 촘촘히 배치한 구조에서는 평면 설치면적 대비 최대 225%의 태양전지 면적을 확보했다. 약 100% 늘어난 상태에서도 설치면적에 해당하는 태양전지 면적을 유지했다.

모듈은 복잡한 배선 없이 탈부착할 수 있어 부품별 교체와 유지보수도 가능하다.

KIST는 다양한 건물 외벽에 적용할 태양광 시스템으로 기술을 발전시킬 계획이다. 강풍·비바람을 견디는 내구·고정 기술과 화재안전 소재를 개발하고, 향후 이동체와 휴대형 발전장치, 우주 전개형 태양광 시스템으로 활용 범위를 넓힌다.

연구 결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)’ 최신호에 게재됐다.

이필립 KIST 차세대태양전지연구센터장은 “이번 연구는 구조의 움직임과 형태, 전기적 기능까지 함께 설계했다는 데 의미가 있다”고 말했다.