- 유기 태양전지 핵심소재 개발, 발전 환경의 제약을 극복하는 토대 마련 - 향후, 스마트팜, 저전력 구동 사물 인터넷(IoT) 센서 독립전원으로 활용 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 광전하이브리드연구센터 손해정 박사팀은 약한 빛에도 효과적으로 전기를 만들 수 있는 신소재를 개발하는 데 성공, 이를 태양전지에서 빛을 흡수하는 역할을 하는 광흡수층* 소재로 사용하여 고효율의 유기태양전지**를 개발했다고 밝혔다. *광흡수층 : 태양빛을 흡수하여 얻은 빛 에너지로 전력을 생산하는 전극사이의 층 **유기태양전지(Organic photovoltaics) : 탄소 기반의 전도성 광흡수 유기재료를 사용하여 만든 태양전지 미래의 핵심 친환경 에너지원으로 자리 잡을 태양전지는 날씨와 환경에 구애받지 않고 발전할 수 있는 태양전지 기술을 개발하는 것이 핵심이다. 특히 기존에 상용화된 태양전지의 경우 흐린 날씨나 햇빛이 약한 아침과 저녁에는 발전량이 급격히 감소하는 단점이 있다. 그 때문에 발전할 수 있는 기간과 시간대가 한정적이며 지속적인 전원 공급이 힘들다는 제약이 있었다. 유기태양전지의 경우, 적은 양의 햇빛에도 효과적으로 전기에너지를 만들 수 있는 것으로 알려져 있다. 특히 빛을 흡수하는 역할을 하는 광흡수층의 소재를 다양하게 디자인할 수 있어서 소재개발을 통해 흐린 날에도 태양광 발전량을 향상시킬 수 있다. 하지만 이러한 장점에도 불구하고 소재 디자인의 원리에 대한 이해도가 낮고, 적합한 소재를 찾지 못해 고효율의 안정적인 유기태양전지를 개발하지 못하고 있는 실정이다. KIST 연구진은 기존의 세계 최고 수준의 유기태양전지용 고분자(PBDBT-2F) 소재에 염소와 황 성분을 도입했다. 개발된 신소재(신규 고분자 PBDBT-SCl)는 약한 빛에도 효과적으로 전기에너지 생산이 가능하며, 구조 제어를 통해 생성된 전기의 손실을 최소화할 수 있도록 했다. 연구진은 실제로 신소재를 적용한 대면적 유기태양전지 모듈을 제작, 평상시 맑은 날뿐만 아니라 흐린 날에도 효과적으로 발전할 수 있는 것을 실험을 통해 확인했다. 개발된 신소재는 태양광***의 1/10 수준인 조건에서 기존 소재에 비해 30% 향상된 성능(13.23%의 효율)을 보였으며, 태양전지 모듈의 경우 실내조명인 형광등(500 lx)을 광원으로 사용했을 때도 약 38% 향상된 효율(21.53%)로 전기를 생성할 수 있었다. 특히 기존에 알려진 세계 최고 효율의 고분자에 비해 26% 어두운 빛의 환경(3700 lx)에서도 동일한 전력을 생산할 수 있는 높은 효율성을 가진 것으로 나타났다. 이러한 저조도 환경에 최적화된 태양전지는 향후 적은 전력으로 구동할 수 있으면서 상시 전력 공급이 필요한 스마트 팜이나, 사물 인터넷(IoT) 센서 등에도 적용할 수 있다. ***태양광 : 맑은 날 태양빛이 최고조인 상태(1 Sun). 보통의 실내조명은 태양광보다 500배 낮은 200lx 수준. KIST 손해정 박사는 “이번 성과는 우리나라와 같이 미세먼지 등으로 흐린 날이 많은 저조도 환경에서 효과적으로 발전할 수 있는 유기태양전지용 소재의 핵심기술 개발에 기여하였다.”라고 말하며, “향후 지속적인 추가연구를 통해 세계 태양광 시장에서 차세대 태양전지 핵심 소재를 조기에 선점할 수 있을 것으로 기대한다.”고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업으로 수행되었으며, 연구결과는 에너지 분야의 국제학술지 ‘ACS Energy Letters’(IF: 16.331, JCR 분야 상위 1.923%) 표지논문으로 선정되어 게재될 예정이다. * (논문명) ‘High performance and stable nonfullerene acceptor-based organic solar cells for indoor to outdoor light’ - (제 1저자) 한국과학기술연구원 박성민 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 손해정 책임연구원 <그림설명> [그림 1] (표지 논문 이미지) 실내 광원으로 발전하는 태양전지의 활용 [그림 2] 고감도 고분자를 응용한 유연 유기태양전지 모듈

- 유기 태양전지 핵심소재 개발, 발전 환경의 제약을 극복하는 토대 마련 - 향후, 스마트팜, 저전력 구동 사물 인터넷(IoT) 센서 독립전원으로 활용 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 광전하이브리드연구센터 손해정 박사팀은 약한 빛에도 효과적으로 전기를 만들 수 있는 신소재를 개발하는 데 성공, 이를 태양전지에서 빛을 흡수하는 역할을 하는 광흡수층* 소재로 사용하여 고효율의 유기태양전지**를 개발했다고 밝혔다. *광흡수층 : 태양빛을 흡수하여 얻은 빛 에너지로 전력을 생산하는 전극사이의 층 **유기태양전지(Organic photovoltaics) : 탄소 기반의 전도성 광흡수 유기재료를 사용하여 만든 태양전지 미래의 핵심 친환경 에너지원으로 자리 잡을 태양전지는 날씨와 환경에 구애받지 않고 발전할 수 있는 태양전지 기술을 개발하는 것이 핵심이다. 특히 기존에 상용화된 태양전지의 경우 흐린 날씨나 햇빛이 약한 아침과 저녁에는 발전량이 급격히 감소하는 단점이 있다. 그 때문에 발전할 수 있는 기간과 시간대가 한정적이며 지속적인 전원 공급이 힘들다는 제약이 있었다. 유기태양전지의 경우, 적은 양의 햇빛에도 효과적으로 전기에너지를 만들 수 있는 것으로 알려져 있다. 특히 빛을 흡수하는 역할을 하는 광흡수층의 소재를 다양하게 디자인할 수 있어서 소재개발을 통해 흐린 날에도 태양광 발전량을 향상시킬 수 있다. 하지만 이러한 장점에도 불구하고 소재 디자인의 원리에 대한 이해도가 낮고, 적합한 소재를 찾지 못해 고효율의 안정적인 유기태양전지를 개발하지 못하고 있는 실정이다. KIST 연구진은 기존의 세계 최고 수준의 유기태양전지용 고분자(PBDBT-2F) 소재에 염소와 황 성분을 도입했다. 개발된 신소재(신규 고분자 PBDBT-SCl)는 약한 빛에도 효과적으로 전기에너지 생산이 가능하며, 구조 제어를 통해 생성된 전기의 손실을 최소화할 수 있도록 했다. 연구진은 실제로 신소재를 적용한 대면적 유기태양전지 모듈을 제작, 평상시 맑은 날뿐만 아니라 흐린 날에도 효과적으로 발전할 수 있는 것을 실험을 통해 확인했다. 개발된 신소재는 태양광***의 1/10 수준인 조건에서 기존 소재에 비해 30% 향상된 성능(13.23%의 효율)을 보였으며, 태양전지 모듈의 경우 실내조명인 형광등(500 lx)을 광원으로 사용했을 때도 약 38% 향상된 효율(21.53%)로 전기를 생성할 수 있었다. 특히 기존에 알려진 세계 최고 효율의 고분자에 비해 26% 어두운 빛의 환경(3700 lx)에서도 동일한 전력을 생산할 수 있는 높은 효율성을 가진 것으로 나타났다. 이러한 저조도 환경에 최적화된 태양전지는 향후 적은 전력으로 구동할 수 있으면서 상시 전력 공급이 필요한 스마트 팜이나, 사물 인터넷(IoT) 센서 등에도 적용할 수 있다. ***태양광 : 맑은 날 태양빛이 최고조인 상태(1 Sun). 보통의 실내조명은 태양광보다 500배 낮은 200lx 수준. KIST 손해정 박사는 “이번 성과는 우리나라와 같이 미세먼지 등으로 흐린 날이 많은 저조도 환경에서 효과적으로 발전할 수 있는 유기태양전지용 소재의 핵심기술 개발에 기여하였다.”라고 말하며, “향후 지속적인 추가연구를 통해 세계 태양광 시장에서 차세대 태양전지 핵심 소재를 조기에 선점할 수 있을 것으로 기대한다.”고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업으로 수행되었으며, 연구결과는 에너지 분야의 국제학술지 ‘ACS Energy Letters’(IF: 16.331, JCR 분야 상위 1.923%) 표지논문으로 선정되어 게재될 예정이다. * (논문명) ‘High performance and stable nonfullerene acceptor-based organic solar cells for indoor to outdoor light’ - (제 1저자) 한국과학기술연구원 박성민 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 손해정 책임연구원 <그림설명> [그림 1] (표지 논문 이미지) 실내 광원으로 발전하는 태양전지의 활용 [그림 2] 고감도 고분자를 응용한 유연 유기태양전지 모듈

- 유기 태양전지 핵심소재 개발, 발전 환경의 제약을 극복하는 토대 마련 - 향후, 스마트팜, 저전력 구동 사물 인터넷(IoT) 센서 독립전원으로 활용 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 광전하이브리드연구센터 손해정 박사팀은 약한 빛에도 효과적으로 전기를 만들 수 있는 신소재를 개발하는 데 성공, 이를 태양전지에서 빛을 흡수하는 역할을 하는 광흡수층* 소재로 사용하여 고효율의 유기태양전지**를 개발했다고 밝혔다. *광흡수층 : 태양빛을 흡수하여 얻은 빛 에너지로 전력을 생산하는 전극사이의 층 **유기태양전지(Organic photovoltaics) : 탄소 기반의 전도성 광흡수 유기재료를 사용하여 만든 태양전지 미래의 핵심 친환경 에너지원으로 자리 잡을 태양전지는 날씨와 환경에 구애받지 않고 발전할 수 있는 태양전지 기술을 개발하는 것이 핵심이다. 특히 기존에 상용화된 태양전지의 경우 흐린 날씨나 햇빛이 약한 아침과 저녁에는 발전량이 급격히 감소하는 단점이 있다. 그 때문에 발전할 수 있는 기간과 시간대가 한정적이며 지속적인 전원 공급이 힘들다는 제약이 있었다. 유기태양전지의 경우, 적은 양의 햇빛에도 효과적으로 전기에너지를 만들 수 있는 것으로 알려져 있다. 특히 빛을 흡수하는 역할을 하는 광흡수층의 소재를 다양하게 디자인할 수 있어서 소재개발을 통해 흐린 날에도 태양광 발전량을 향상시킬 수 있다. 하지만 이러한 장점에도 불구하고 소재 디자인의 원리에 대한 이해도가 낮고, 적합한 소재를 찾지 못해 고효율의 안정적인 유기태양전지를 개발하지 못하고 있는 실정이다. KIST 연구진은 기존의 세계 최고 수준의 유기태양전지용 고분자(PBDBT-2F) 소재에 염소와 황 성분을 도입했다. 개발된 신소재(신규 고분자 PBDBT-SCl)는 약한 빛에도 효과적으로 전기에너지 생산이 가능하며, 구조 제어를 통해 생성된 전기의 손실을 최소화할 수 있도록 했다. 연구진은 실제로 신소재를 적용한 대면적 유기태양전지 모듈을 제작, 평상시 맑은 날뿐만 아니라 흐린 날에도 효과적으로 발전할 수 있는 것을 실험을 통해 확인했다. 개발된 신소재는 태양광***의 1/10 수준인 조건에서 기존 소재에 비해 30% 향상된 성능(13.23%의 효율)을 보였으며, 태양전지 모듈의 경우 실내조명인 형광등(500 lx)을 광원으로 사용했을 때도 약 38% 향상된 효율(21.53%)로 전기를 생성할 수 있었다. 특히 기존에 알려진 세계 최고 효율의 고분자에 비해 26% 어두운 빛의 환경(3700 lx)에서도 동일한 전력을 생산할 수 있는 높은 효율성을 가진 것으로 나타났다. 이러한 저조도 환경에 최적화된 태양전지는 향후 적은 전력으로 구동할 수 있으면서 상시 전력 공급이 필요한 스마트 팜이나, 사물 인터넷(IoT) 센서 등에도 적용할 수 있다. ***태양광 : 맑은 날 태양빛이 최고조인 상태(1 Sun). 보통의 실내조명은 태양광보다 500배 낮은 200lx 수준. KIST 손해정 박사는 “이번 성과는 우리나라와 같이 미세먼지 등으로 흐린 날이 많은 저조도 환경에서 효과적으로 발전할 수 있는 유기태양전지용 소재의 핵심기술 개발에 기여하였다.”라고 말하며, “향후 지속적인 추가연구를 통해 세계 태양광 시장에서 차세대 태양전지 핵심 소재를 조기에 선점할 수 있을 것으로 기대한다.”고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업으로 수행되었으며, 연구결과는 에너지 분야의 국제학술지 ‘ACS Energy Letters’(IF: 16.331, JCR 분야 상위 1.923%) 표지논문으로 선정되어 게재될 예정이다. * (논문명) ‘High performance and stable nonfullerene acceptor-based organic solar cells for indoor to outdoor light’ - (제 1저자) 한국과학기술연구원 박성민 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 손해정 책임연구원 <그림설명> [그림 1] (표지 논문 이미지) 실내 광원으로 발전하는 태양전지의 활용 [그림 2] 고감도 고분자를 응용한 유연 유기태양전지 모듈

- 종이접기 활용한 3D프린팅 기술, 태양전지의 집적도 및 신축도 대폭 향상 - 전자소자 3차원 설계, 향후 3D 프린팅 의류 및 웨어러블 소자 적용 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 광전하이브리드연구센터 이필립 박사, 조만식 박사, 한양대학교 고민재 교수 공동 연구팀은 전도성 나노물질을 활용한 3D 프린팅 기술과 종이접기 기술을 융합하여, 집적도 및 신축도에 대한 자유로운 제어가 가능한 고신축성 페로브스카이트* 태양전지 모듈을 개발했다. *페로브스카이트 : 빛을 전기로 혹은 전기를 빛으로 바꾸는 특성이 있는 육방면체 구조의 반도체 물질 3D 프린팅 기술은 공간배치에 따라 성능이 극대화될 수 있는 태양전지를 포함한 에너지 소자 분야에 활용할 때 잠재력이 클 것으로 기대되고 있으나, 3D 프린팅 기술을 활용한 에너지 소자 모듈에 관한 연구는 많지 않은 실정이다. 3차원 설계가 가능한 에너지 소자 모듈 기술은 태양전지를 포함한 기존 에너지 소자의 성능 및 적용 분야의 큰 확장이 가능하다는 측면에서 많은 연구가 필요하다. 기존에 신축성 소자 제작을 위해서는 주로 섬-다리(island-bridge) 구조를 활용했다. 하지만, 이 구조에서는 신축성을 높이게 되면 에너지 소자의 집적도가 저하되고, 집적도를 높이게 되면 신축성이 저하되는 문제가 있었다. 공동 연구진은 3D 프린터 공정과 종이접기 기술**(오리가미, 키리가미 구조)을 활용하여, 신축성을 가지는 태양전지 연결부를 3차원상에 효율적으로 배치했다. 이를 통해 만들어진 페로브스카이트 태양전지 모듈은 100%에 가까운 태양전지 집적도를 달성하여 태양전지 소자로 기판을 가득 채울 수 있었다. 또한, 초기 상태 대비 5배까지 늘어나도 문제가 없었다. 제작된 페로브스카이트 태양전지 모듈은 5배로 늘이는, 1000번의 반복적인 인장 시험에서도 초기의 성능을 유지하였다. **오리가미(Origami) : 한 장의 종이를 접어 개서 다양한 형태의 모양을 만드는 종이접기 **키리가미(Kirigami) : 접은 종이를 절단하여 여러 가지 모양을 만드는 예술 이는 기존에 발표된 반도체 공정 혹은 2차원 기반 인쇄공정으로 제작된 기존 신축성 소자와 비교하여, 월등한 집적도 및 시스템 신축성을 동시에 달성한 결과이다. 공동 연구팀이 도입한 접근법을 활용하게 되면 3차원 배치에 따라 집적도 및 신축도를 한계 없이 얼마든지 늘리는 것이 가능하다. 해당 고 신축성·전도성 플랫폼 기술은 태양전지 외에도 에너지 소자, 센서, 액츄에이터 등 다양한 전자 소자에 적용이 용이하며, 3차원 설계에 따른 다양한 소자의 성능 향상을 기대할 수 있다. 또한, 의류, 패션 분야 적용에 강점을 갖는 3D 프린팅 기술을 복합적으로 활용하게 될 경우, 웨어러블 소자와 같은 생활 밀착형, 고부가 가치 사업 분야로의 확장이 가능하다. KIST 이필립 박사는 “이번 성과는 3D 프린팅 기술과 에너지 소자와의 융합을 통해 기존 2차원 기반의 소자가 갖는 한계를 극복하는 접근법을 제시한 것으로, 앞으로 태양전지 유연화 및 경량화, 3차원 설계기술 제어, 그리고 형상기억 고분자 기술과의 융합을 통해 시너지 효과를 낼 수 있을 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 기후변화대응기술개발사업, 글로벌프런티어사업, 멀티스케일 에너지시스템연구단 및 미래소재디스커버리사업의 지원으로 수행되었다. 이번 연구결과는 소재 분야 국제 저널인 ‘ACS Nano’ (IF: 13.903, JCR 분야 상위 5.74%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) 3D Printer-Based Encapsulated Origami Electronics for Extreme System Stretchability and High Areal Coverage - (제1저자) 한국과학기술연구원/고려대학교 조만식 박사(現, 공군) - (교신저자) 한국과학기술연구원 이필립 선임연구원 - (교신저자) 한양대학교 고민재 교수 <그림설명> [그림 1] (a) 3D 프린팅을 활용한 고 신축성 태양전지 모듈 제작 공정 (b) 제작된 고 신축성 페로브스카이트 태양전지 모듈 (좌) 및 반복 인장 특성 (우) (좌측) 페로브스카이트 태양전지 모듈 인장 사진 (우측) 1000회의 반복적인 400% 시스템 인장에 따른 성능 변화 그래프

- 종이접기 활용한 3D프린팅 기술, 태양전지의 집적도 및 신축도 대폭 향상 - 전자소자 3차원 설계, 향후 3D 프린팅 의류 및 웨어러블 소자 적용 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 광전하이브리드연구센터 이필립 박사, 조만식 박사, 한양대학교 고민재 교수 공동 연구팀은 전도성 나노물질을 활용한 3D 프린팅 기술과 종이접기 기술을 융합하여, 집적도 및 신축도에 대한 자유로운 제어가 가능한 고신축성 페로브스카이트* 태양전지 모듈을 개발했다. *페로브스카이트 : 빛을 전기로 혹은 전기를 빛으로 바꾸는 특성이 있는 육방면체 구조의 반도체 물질 3D 프린팅 기술은 공간배치에 따라 성능이 극대화될 수 있는 태양전지를 포함한 에너지 소자 분야에 활용할 때 잠재력이 클 것으로 기대되고 있으나, 3D 프린팅 기술을 활용한 에너지 소자 모듈에 관한 연구는 많지 않은 실정이다. 3차원 설계가 가능한 에너지 소자 모듈 기술은 태양전지를 포함한 기존 에너지 소자의 성능 및 적용 분야의 큰 확장이 가능하다는 측면에서 많은 연구가 필요하다. 기존에 신축성 소자 제작을 위해서는 주로 섬-다리(island-bridge) 구조를 활용했다. 하지만, 이 구조에서는 신축성을 높이게 되면 에너지 소자의 집적도가 저하되고, 집적도를 높이게 되면 신축성이 저하되는 문제가 있었다. 공동 연구진은 3D 프린터 공정과 종이접기 기술**(오리가미, 키리가미 구조)을 활용하여, 신축성을 가지는 태양전지 연결부를 3차원상에 효율적으로 배치했다. 이를 통해 만들어진 페로브스카이트 태양전지 모듈은 100%에 가까운 태양전지 집적도를 달성하여 태양전지 소자로 기판을 가득 채울 수 있었다. 또한, 초기 상태 대비 5배까지 늘어나도 문제가 없었다. 제작된 페로브스카이트 태양전지 모듈은 5배로 늘이는, 1000번의 반복적인 인장 시험에서도 초기의 성능을 유지하였다. **오리가미(Origami) : 한 장의 종이를 접어 개서 다양한 형태의 모양을 만드는 종이접기 **키리가미(Kirigami) : 접은 종이를 절단하여 여러 가지 모양을 만드는 예술 이는 기존에 발표된 반도체 공정 혹은 2차원 기반 인쇄공정으로 제작된 기존 신축성 소자와 비교하여, 월등한 집적도 및 시스템 신축성을 동시에 달성한 결과이다. 공동 연구팀이 도입한 접근법을 활용하게 되면 3차원 배치에 따라 집적도 및 신축도를 한계 없이 얼마든지 늘리는 것이 가능하다. 해당 고 신축성·전도성 플랫폼 기술은 태양전지 외에도 에너지 소자, 센서, 액츄에이터 등 다양한 전자 소자에 적용이 용이하며, 3차원 설계에 따른 다양한 소자의 성능 향상을 기대할 수 있다. 또한, 의류, 패션 분야 적용에 강점을 갖는 3D 프린팅 기술을 복합적으로 활용하게 될 경우, 웨어러블 소자와 같은 생활 밀착형, 고부가 가치 사업 분야로의 확장이 가능하다. KIST 이필립 박사는 “이번 성과는 3D 프린팅 기술과 에너지 소자와의 융합을 통해 기존 2차원 기반의 소자가 갖는 한계를 극복하는 접근법을 제시한 것으로, 앞으로 태양전지 유연화 및 경량화, 3차원 설계기술 제어, 그리고 형상기억 고분자 기술과의 융합을 통해 시너지 효과를 낼 수 있을 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 기후변화대응기술개발사업, 글로벌프런티어사업, 멀티스케일 에너지시스템연구단 및 미래소재디스커버리사업의 지원으로 수행되었다. 이번 연구결과는 소재 분야 국제 저널인 ‘ACS Nano’ (IF: 13.903, JCR 분야 상위 5.74%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) 3D Printer-Based Encapsulated Origami Electronics for Extreme System Stretchability and High Areal Coverage - (제1저자) 한국과학기술연구원/고려대학교 조만식 박사(現, 공군) - (교신저자) 한국과학기술연구원 이필립 선임연구원 - (교신저자) 한양대학교 고민재 교수 <그림설명> [그림 1] (a) 3D 프린팅을 활용한 고 신축성 태양전지 모듈 제작 공정 (b) 제작된 고 신축성 페로브스카이트 태양전지 모듈 (좌) 및 반복 인장 특성 (우) (좌측) 페로브스카이트 태양전지 모듈 인장 사진 (우측) 1000회의 반복적인 400% 시스템 인장에 따른 성능 변화 그래프

- 종이접기 활용한 3D프린팅 기술, 태양전지의 집적도 및 신축도 대폭 향상 - 전자소자 3차원 설계, 향후 3D 프린팅 의류 및 웨어러블 소자 적용 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 광전하이브리드연구센터 이필립 박사, 조만식 박사, 한양대학교 고민재 교수 공동 연구팀은 전도성 나노물질을 활용한 3D 프린팅 기술과 종이접기 기술을 융합하여, 집적도 및 신축도에 대한 자유로운 제어가 가능한 고신축성 페로브스카이트* 태양전지 모듈을 개발했다. *페로브스카이트 : 빛을 전기로 혹은 전기를 빛으로 바꾸는 특성이 있는 육방면체 구조의 반도체 물질 3D 프린팅 기술은 공간배치에 따라 성능이 극대화될 수 있는 태양전지를 포함한 에너지 소자 분야에 활용할 때 잠재력이 클 것으로 기대되고 있으나, 3D 프린팅 기술을 활용한 에너지 소자 모듈에 관한 연구는 많지 않은 실정이다. 3차원 설계가 가능한 에너지 소자 모듈 기술은 태양전지를 포함한 기존 에너지 소자의 성능 및 적용 분야의 큰 확장이 가능하다는 측면에서 많은 연구가 필요하다. 기존에 신축성 소자 제작을 위해서는 주로 섬-다리(island-bridge) 구조를 활용했다. 하지만, 이 구조에서는 신축성을 높이게 되면 에너지 소자의 집적도가 저하되고, 집적도를 높이게 되면 신축성이 저하되는 문제가 있었다. 공동 연구진은 3D 프린터 공정과 종이접기 기술**(오리가미, 키리가미 구조)을 활용하여, 신축성을 가지는 태양전지 연결부를 3차원상에 효율적으로 배치했다. 이를 통해 만들어진 페로브스카이트 태양전지 모듈은 100%에 가까운 태양전지 집적도를 달성하여 태양전지 소자로 기판을 가득 채울 수 있었다. 또한, 초기 상태 대비 5배까지 늘어나도 문제가 없었다. 제작된 페로브스카이트 태양전지 모듈은 5배로 늘이는, 1000번의 반복적인 인장 시험에서도 초기의 성능을 유지하였다. **오리가미(Origami) : 한 장의 종이를 접어 개서 다양한 형태의 모양을 만드는 종이접기 **키리가미(Kirigami) : 접은 종이를 절단하여 여러 가지 모양을 만드는 예술 이는 기존에 발표된 반도체 공정 혹은 2차원 기반 인쇄공정으로 제작된 기존 신축성 소자와 비교하여, 월등한 집적도 및 시스템 신축성을 동시에 달성한 결과이다. 공동 연구팀이 도입한 접근법을 활용하게 되면 3차원 배치에 따라 집적도 및 신축도를 한계 없이 얼마든지 늘리는 것이 가능하다. 해당 고 신축성·전도성 플랫폼 기술은 태양전지 외에도 에너지 소자, 센서, 액츄에이터 등 다양한 전자 소자에 적용이 용이하며, 3차원 설계에 따른 다양한 소자의 성능 향상을 기대할 수 있다. 또한, 의류, 패션 분야 적용에 강점을 갖는 3D 프린팅 기술을 복합적으로 활용하게 될 경우, 웨어러블 소자와 같은 생활 밀착형, 고부가 가치 사업 분야로의 확장이 가능하다. KIST 이필립 박사는 “이번 성과는 3D 프린팅 기술과 에너지 소자와의 융합을 통해 기존 2차원 기반의 소자가 갖는 한계를 극복하는 접근법을 제시한 것으로, 앞으로 태양전지 유연화 및 경량화, 3차원 설계기술 제어, 그리고 형상기억 고분자 기술과의 융합을 통해 시너지 효과를 낼 수 있을 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 기후변화대응기술개발사업, 글로벌프런티어사업, 멀티스케일 에너지시스템연구단 및 미래소재디스커버리사업의 지원으로 수행되었다. 이번 연구결과는 소재 분야 국제 저널인 ‘ACS Nano’ (IF: 13.903, JCR 분야 상위 5.74%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) 3D Printer-Based Encapsulated Origami Electronics for Extreme System Stretchability and High Areal Coverage - (제1저자) 한국과학기술연구원/고려대학교 조만식 박사(現, 공군) - (교신저자) 한국과학기술연구원 이필립 선임연구원 - (교신저자) 한양대학교 고민재 교수 <그림설명> [그림 1] (a) 3D 프린팅을 활용한 고 신축성 태양전지 모듈 제작 공정 (b) 제작된 고 신축성 페로브스카이트 태양전지 모듈 (좌) 및 반복 인장 특성 (우) (좌측) 페로브스카이트 태양전지 모듈 인장 사진 (우측) 1000회의 반복적인 400% 시스템 인장에 따른 성능 변화 그래프

- 종이접기 활용한 3D프린팅 기술, 태양전지의 집적도 및 신축도 대폭 향상 - 전자소자 3차원 설계, 향후 3D 프린팅 의류 및 웨어러블 소자 적용 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 광전하이브리드연구센터 이필립 박사, 조만식 박사, 한양대학교 고민재 교수 공동 연구팀은 전도성 나노물질을 활용한 3D 프린팅 기술과 종이접기 기술을 융합하여, 집적도 및 신축도에 대한 자유로운 제어가 가능한 고신축성 페로브스카이트* 태양전지 모듈을 개발했다. *페로브스카이트 : 빛을 전기로 혹은 전기를 빛으로 바꾸는 특성이 있는 육방면체 구조의 반도체 물질 3D 프린팅 기술은 공간배치에 따라 성능이 극대화될 수 있는 태양전지를 포함한 에너지 소자 분야에 활용할 때 잠재력이 클 것으로 기대되고 있으나, 3D 프린팅 기술을 활용한 에너지 소자 모듈에 관한 연구는 많지 않은 실정이다. 3차원 설계가 가능한 에너지 소자 모듈 기술은 태양전지를 포함한 기존 에너지 소자의 성능 및 적용 분야의 큰 확장이 가능하다는 측면에서 많은 연구가 필요하다. 기존에 신축성 소자 제작을 위해서는 주로 섬-다리(island-bridge) 구조를 활용했다. 하지만, 이 구조에서는 신축성을 높이게 되면 에너지 소자의 집적도가 저하되고, 집적도를 높이게 되면 신축성이 저하되는 문제가 있었다. 공동 연구진은 3D 프린터 공정과 종이접기 기술**(오리가미, 키리가미 구조)을 활용하여, 신축성을 가지는 태양전지 연결부를 3차원상에 효율적으로 배치했다. 이를 통해 만들어진 페로브스카이트 태양전지 모듈은 100%에 가까운 태양전지 집적도를 달성하여 태양전지 소자로 기판을 가득 채울 수 있었다. 또한, 초기 상태 대비 5배까지 늘어나도 문제가 없었다. 제작된 페로브스카이트 태양전지 모듈은 5배로 늘이는, 1000번의 반복적인 인장 시험에서도 초기의 성능을 유지하였다. **오리가미(Origami) : 한 장의 종이를 접어 개서 다양한 형태의 모양을 만드는 종이접기 **키리가미(Kirigami) : 접은 종이를 절단하여 여러 가지 모양을 만드는 예술 이는 기존에 발표된 반도체 공정 혹은 2차원 기반 인쇄공정으로 제작된 기존 신축성 소자와 비교하여, 월등한 집적도 및 시스템 신축성을 동시에 달성한 결과이다. 공동 연구팀이 도입한 접근법을 활용하게 되면 3차원 배치에 따라 집적도 및 신축도를 한계 없이 얼마든지 늘리는 것이 가능하다. 해당 고 신축성·전도성 플랫폼 기술은 태양전지 외에도 에너지 소자, 센서, 액츄에이터 등 다양한 전자 소자에 적용이 용이하며, 3차원 설계에 따른 다양한 소자의 성능 향상을 기대할 수 있다. 또한, 의류, 패션 분야 적용에 강점을 갖는 3D 프린팅 기술을 복합적으로 활용하게 될 경우, 웨어러블 소자와 같은 생활 밀착형, 고부가 가치 사업 분야로의 확장이 가능하다. KIST 이필립 박사는 “이번 성과는 3D 프린팅 기술과 에너지 소자와의 융합을 통해 기존 2차원 기반의 소자가 갖는 한계를 극복하는 접근법을 제시한 것으로, 앞으로 태양전지 유연화 및 경량화, 3차원 설계기술 제어, 그리고 형상기억 고분자 기술과의 융합을 통해 시너지 효과를 낼 수 있을 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 기후변화대응기술개발사업, 글로벌프런티어사업, 멀티스케일 에너지시스템연구단 및 미래소재디스커버리사업의 지원으로 수행되었다. 이번 연구결과는 소재 분야 국제 저널인 ‘ACS Nano’ (IF: 13.903, JCR 분야 상위 5.74%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) 3D Printer-Based Encapsulated Origami Electronics for Extreme System Stretchability and High Areal Coverage - (제1저자) 한국과학기술연구원/고려대학교 조만식 박사(現, 공군) - (교신저자) 한국과학기술연구원 이필립 선임연구원 - (교신저자) 한양대학교 고민재 교수 <그림설명> [그림 1] (a) 3D 프린팅을 활용한 고 신축성 태양전지 모듈 제작 공정 (b) 제작된 고 신축성 페로브스카이트 태양전지 모듈 (좌) 및 반복 인장 특성 (우) (좌측) 페로브스카이트 태양전지 모듈 인장 사진 (우측) 1000회의 반복적인 400% 시스템 인장에 따른 성능 변화 그래프

- 종이접기 활용한 3D프린팅 기술, 태양전지의 집적도 및 신축도 대폭 향상 - 전자소자 3차원 설계, 향후 3D 프린팅 의류 및 웨어러블 소자 적용 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 광전하이브리드연구센터 이필립 박사, 조만식 박사, 한양대학교 고민재 교수 공동 연구팀은 전도성 나노물질을 활용한 3D 프린팅 기술과 종이접기 기술을 융합하여, 집적도 및 신축도에 대한 자유로운 제어가 가능한 고신축성 페로브스카이트* 태양전지 모듈을 개발했다. *페로브스카이트 : 빛을 전기로 혹은 전기를 빛으로 바꾸는 특성이 있는 육방면체 구조의 반도체 물질 3D 프린팅 기술은 공간배치에 따라 성능이 극대화될 수 있는 태양전지를 포함한 에너지 소자 분야에 활용할 때 잠재력이 클 것으로 기대되고 있으나, 3D 프린팅 기술을 활용한 에너지 소자 모듈에 관한 연구는 많지 않은 실정이다. 3차원 설계가 가능한 에너지 소자 모듈 기술은 태양전지를 포함한 기존 에너지 소자의 성능 및 적용 분야의 큰 확장이 가능하다는 측면에서 많은 연구가 필요하다. 기존에 신축성 소자 제작을 위해서는 주로 섬-다리(island-bridge) 구조를 활용했다. 하지만, 이 구조에서는 신축성을 높이게 되면 에너지 소자의 집적도가 저하되고, 집적도를 높이게 되면 신축성이 저하되는 문제가 있었다. 공동 연구진은 3D 프린터 공정과 종이접기 기술**(오리가미, 키리가미 구조)을 활용하여, 신축성을 가지는 태양전지 연결부를 3차원상에 효율적으로 배치했다. 이를 통해 만들어진 페로브스카이트 태양전지 모듈은 100%에 가까운 태양전지 집적도를 달성하여 태양전지 소자로 기판을 가득 채울 수 있었다. 또한, 초기 상태 대비 5배까지 늘어나도 문제가 없었다. 제작된 페로브스카이트 태양전지 모듈은 5배로 늘이는, 1000번의 반복적인 인장 시험에서도 초기의 성능을 유지하였다. **오리가미(Origami) : 한 장의 종이를 접어 개서 다양한 형태의 모양을 만드는 종이접기 **키리가미(Kirigami) : 접은 종이를 절단하여 여러 가지 모양을 만드는 예술 이는 기존에 발표된 반도체 공정 혹은 2차원 기반 인쇄공정으로 제작된 기존 신축성 소자와 비교하여, 월등한 집적도 및 시스템 신축성을 동시에 달성한 결과이다. 공동 연구팀이 도입한 접근법을 활용하게 되면 3차원 배치에 따라 집적도 및 신축도를 한계 없이 얼마든지 늘리는 것이 가능하다. 해당 고 신축성·전도성 플랫폼 기술은 태양전지 외에도 에너지 소자, 센서, 액츄에이터 등 다양한 전자 소자에 적용이 용이하며, 3차원 설계에 따른 다양한 소자의 성능 향상을 기대할 수 있다. 또한, 의류, 패션 분야 적용에 강점을 갖는 3D 프린팅 기술을 복합적으로 활용하게 될 경우, 웨어러블 소자와 같은 생활 밀착형, 고부가 가치 사업 분야로의 확장이 가능하다. KIST 이필립 박사는 “이번 성과는 3D 프린팅 기술과 에너지 소자와의 융합을 통해 기존 2차원 기반의 소자가 갖는 한계를 극복하는 접근법을 제시한 것으로, 앞으로 태양전지 유연화 및 경량화, 3차원 설계기술 제어, 그리고 형상기억 고분자 기술과의 융합을 통해 시너지 효과를 낼 수 있을 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 기후변화대응기술개발사업, 글로벌프런티어사업, 멀티스케일 에너지시스템연구단 및 미래소재디스커버리사업의 지원으로 수행되었다. 이번 연구결과는 소재 분야 국제 저널인 ‘ACS Nano’ (IF: 13.903, JCR 분야 상위 5.74%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) 3D Printer-Based Encapsulated Origami Electronics for Extreme System Stretchability and High Areal Coverage - (제1저자) 한국과학기술연구원/고려대학교 조만식 박사(現, 공군) - (교신저자) 한국과학기술연구원 이필립 선임연구원 - (교신저자) 한양대학교 고민재 교수 <그림설명> [그림 1] (a) 3D 프린팅을 활용한 고 신축성 태양전지 모듈 제작 공정 (b) 제작된 고 신축성 페로브스카이트 태양전지 모듈 (좌) 및 반복 인장 특성 (우) (좌측) 페로브스카이트 태양전지 모듈 인장 사진 (우측) 1000회의 반복적인 400% 시스템 인장에 따른 성능 변화 그래프

- 종이접기 활용한 3D프린팅 기술, 태양전지의 집적도 및 신축도 대폭 향상 - 전자소자 3차원 설계, 향후 3D 프린팅 의류 및 웨어러블 소자 적용 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 광전하이브리드연구센터 이필립 박사, 조만식 박사, 한양대학교 고민재 교수 공동 연구팀은 전도성 나노물질을 활용한 3D 프린팅 기술과 종이접기 기술을 융합하여, 집적도 및 신축도에 대한 자유로운 제어가 가능한 고신축성 페로브스카이트* 태양전지 모듈을 개발했다. *페로브스카이트 : 빛을 전기로 혹은 전기를 빛으로 바꾸는 특성이 있는 육방면체 구조의 반도체 물질 3D 프린팅 기술은 공간배치에 따라 성능이 극대화될 수 있는 태양전지를 포함한 에너지 소자 분야에 활용할 때 잠재력이 클 것으로 기대되고 있으나, 3D 프린팅 기술을 활용한 에너지 소자 모듈에 관한 연구는 많지 않은 실정이다. 3차원 설계가 가능한 에너지 소자 모듈 기술은 태양전지를 포함한 기존 에너지 소자의 성능 및 적용 분야의 큰 확장이 가능하다는 측면에서 많은 연구가 필요하다. 기존에 신축성 소자 제작을 위해서는 주로 섬-다리(island-bridge) 구조를 활용했다. 하지만, 이 구조에서는 신축성을 높이게 되면 에너지 소자의 집적도가 저하되고, 집적도를 높이게 되면 신축성이 저하되는 문제가 있었다. 공동 연구진은 3D 프린터 공정과 종이접기 기술**(오리가미, 키리가미 구조)을 활용하여, 신축성을 가지는 태양전지 연결부를 3차원상에 효율적으로 배치했다. 이를 통해 만들어진 페로브스카이트 태양전지 모듈은 100%에 가까운 태양전지 집적도를 달성하여 태양전지 소자로 기판을 가득 채울 수 있었다. 또한, 초기 상태 대비 5배까지 늘어나도 문제가 없었다. 제작된 페로브스카이트 태양전지 모듈은 5배로 늘이는, 1000번의 반복적인 인장 시험에서도 초기의 성능을 유지하였다. **오리가미(Origami) : 한 장의 종이를 접어 개서 다양한 형태의 모양을 만드는 종이접기 **키리가미(Kirigami) : 접은 종이를 절단하여 여러 가지 모양을 만드는 예술 이는 기존에 발표된 반도체 공정 혹은 2차원 기반 인쇄공정으로 제작된 기존 신축성 소자와 비교하여, 월등한 집적도 및 시스템 신축성을 동시에 달성한 결과이다. 공동 연구팀이 도입한 접근법을 활용하게 되면 3차원 배치에 따라 집적도 및 신축도를 한계 없이 얼마든지 늘리는 것이 가능하다. 해당 고 신축성·전도성 플랫폼 기술은 태양전지 외에도 에너지 소자, 센서, 액츄에이터 등 다양한 전자 소자에 적용이 용이하며, 3차원 설계에 따른 다양한 소자의 성능 향상을 기대할 수 있다. 또한, 의류, 패션 분야 적용에 강점을 갖는 3D 프린팅 기술을 복합적으로 활용하게 될 경우, 웨어러블 소자와 같은 생활 밀착형, 고부가 가치 사업 분야로의 확장이 가능하다. KIST 이필립 박사는 “이번 성과는 3D 프린팅 기술과 에너지 소자와의 융합을 통해 기존 2차원 기반의 소자가 갖는 한계를 극복하는 접근법을 제시한 것으로, 앞으로 태양전지 유연화 및 경량화, 3차원 설계기술 제어, 그리고 형상기억 고분자 기술과의 융합을 통해 시너지 효과를 낼 수 있을 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 기후변화대응기술개발사업, 글로벌프런티어사업, 멀티스케일 에너지시스템연구단 및 미래소재디스커버리사업의 지원으로 수행되었다. 이번 연구결과는 소재 분야 국제 저널인 ‘ACS Nano’ (IF: 13.903, JCR 분야 상위 5.74%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) 3D Printer-Based Encapsulated Origami Electronics for Extreme System Stretchability and High Areal Coverage - (제1저자) 한국과학기술연구원/고려대학교 조만식 박사(現, 공군) - (교신저자) 한국과학기술연구원 이필립 선임연구원 - (교신저자) 한양대학교 고민재 교수 <그림설명> [그림 1] (a) 3D 프린팅을 활용한 고 신축성 태양전지 모듈 제작 공정 (b) 제작된 고 신축성 페로브스카이트 태양전지 모듈 (좌) 및 반복 인장 특성 (우) (좌측) 페로브스카이트 태양전지 모듈 인장 사진 (우측) 1000회의 반복적인 400% 시스템 인장에 따른 성능 변화 그래프

- 종이접기 활용한 3D프린팅 기술, 태양전지의 집적도 및 신축도 대폭 향상 - 전자소자 3차원 설계, 향후 3D 프린팅 의류 및 웨어러블 소자 적용 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 광전하이브리드연구센터 이필립 박사, 조만식 박사, 한양대학교 고민재 교수 공동 연구팀은 전도성 나노물질을 활용한 3D 프린팅 기술과 종이접기 기술을 융합하여, 집적도 및 신축도에 대한 자유로운 제어가 가능한 고신축성 페로브스카이트* 태양전지 모듈을 개발했다. *페로브스카이트 : 빛을 전기로 혹은 전기를 빛으로 바꾸는 특성이 있는 육방면체 구조의 반도체 물질 3D 프린팅 기술은 공간배치에 따라 성능이 극대화될 수 있는 태양전지를 포함한 에너지 소자 분야에 활용할 때 잠재력이 클 것으로 기대되고 있으나, 3D 프린팅 기술을 활용한 에너지 소자 모듈에 관한 연구는 많지 않은 실정이다. 3차원 설계가 가능한 에너지 소자 모듈 기술은 태양전지를 포함한 기존 에너지 소자의 성능 및 적용 분야의 큰 확장이 가능하다는 측면에서 많은 연구가 필요하다. 기존에 신축성 소자 제작을 위해서는 주로 섬-다리(island-bridge) 구조를 활용했다. 하지만, 이 구조에서는 신축성을 높이게 되면 에너지 소자의 집적도가 저하되고, 집적도를 높이게 되면 신축성이 저하되는 문제가 있었다. 공동 연구진은 3D 프린터 공정과 종이접기 기술**(오리가미, 키리가미 구조)을 활용하여, 신축성을 가지는 태양전지 연결부를 3차원상에 효율적으로 배치했다. 이를 통해 만들어진 페로브스카이트 태양전지 모듈은 100%에 가까운 태양전지 집적도를 달성하여 태양전지 소자로 기판을 가득 채울 수 있었다. 또한, 초기 상태 대비 5배까지 늘어나도 문제가 없었다. 제작된 페로브스카이트 태양전지 모듈은 5배로 늘이는, 1000번의 반복적인 인장 시험에서도 초기의 성능을 유지하였다. **오리가미(Origami) : 한 장의 종이를 접어 개서 다양한 형태의 모양을 만드는 종이접기 **키리가미(Kirigami) : 접은 종이를 절단하여 여러 가지 모양을 만드는 예술 이는 기존에 발표된 반도체 공정 혹은 2차원 기반 인쇄공정으로 제작된 기존 신축성 소자와 비교하여, 월등한 집적도 및 시스템 신축성을 동시에 달성한 결과이다. 공동 연구팀이 도입한 접근법을 활용하게 되면 3차원 배치에 따라 집적도 및 신축도를 한계 없이 얼마든지 늘리는 것이 가능하다. 해당 고 신축성·전도성 플랫폼 기술은 태양전지 외에도 에너지 소자, 센서, 액츄에이터 등 다양한 전자 소자에 적용이 용이하며, 3차원 설계에 따른 다양한 소자의 성능 향상을 기대할 수 있다. 또한, 의류, 패션 분야 적용에 강점을 갖는 3D 프린팅 기술을 복합적으로 활용하게 될 경우, 웨어러블 소자와 같은 생활 밀착형, 고부가 가치 사업 분야로의 확장이 가능하다. KIST 이필립 박사는 “이번 성과는 3D 프린팅 기술과 에너지 소자와의 융합을 통해 기존 2차원 기반의 소자가 갖는 한계를 극복하는 접근법을 제시한 것으로, 앞으로 태양전지 유연화 및 경량화, 3차원 설계기술 제어, 그리고 형상기억 고분자 기술과의 융합을 통해 시너지 효과를 낼 수 있을 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 기후변화대응기술개발사업, 글로벌프런티어사업, 멀티스케일 에너지시스템연구단 및 미래소재디스커버리사업의 지원으로 수행되었다. 이번 연구결과는 소재 분야 국제 저널인 ‘ACS Nano’ (IF: 13.903, JCR 분야 상위 5.74%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) 3D Printer-Based Encapsulated Origami Electronics for Extreme System Stretchability and High Areal Coverage - (제1저자) 한국과학기술연구원/고려대학교 조만식 박사(現, 공군) - (교신저자) 한국과학기술연구원 이필립 선임연구원 - (교신저자) 한양대학교 고민재 교수 <그림설명> [그림 1] (a) 3D 프린팅을 활용한 고 신축성 태양전지 모듈 제작 공정 (b) 제작된 고 신축성 페로브스카이트 태양전지 모듈 (좌) 및 반복 인장 특성 (우) (좌측) 페로브스카이트 태양전지 모듈 인장 사진 (우측) 1000회의 반복적인 400% 시스템 인장에 따른 성능 변화 그래프