차세대 태양전지 효율 확~높이는 소재 개발

화학硏, 세계 최고 25% 효율 달성

페로브스카이트 태양전지./화학연구원

국내 연구진이 차세대 태양전지로 주목받는 페로브스카이트 태양전지의 효율을 획기적으로 높일 핵심 소재 개발에 성공했다.

한국화학연구원의 서장원 박사 연구진은 “페로브스카이트 태양전지가 0.1㎠에서 25.2%를, 1㎠ 소자에서는 23%의 세계 최고 발전 효율을 달성했다”고 2일 밝혔다. 연구 결과는 지난달 25일 국제학술지 ‘네이처' 표지논문으로 발표됐다.

페로브스카이트는 유기물과 무기물이 섞여 있는 금속 산화물로, 부도체·반도체·도체의 성질을 모두 가지는 물질을 발견한 러시아 광물학자 레프 페로브스키의 이름을 땄다. 실리콘 태양전지는 고온에서 가공하지만 페로브스카이트는 용액 상태에서 간단하면서도 저렴한 화학반응으로 만들 수 있다. 딱딱한 기존 태양전지와 달리 플라스틱 필름에 바르면 건물 곡면에도 붙일 수 있는 휘어지는 전지가 된다.

서장원 박사팀은 태양전지를 구성하는 소재 중에서 전압을 높일 수 있는 전자수송층 소재와 전류를 높일 수 있는 페로브스카이트층 소재를 새롭게 개발했다. 새로운 전자수송층 소재는 결함이 적어 전자의 이동이 원활했다. 또 연구진은 빛을 더 많이 흡수할 수 있는 새로운 페로브스카이트층 소재 합성법도 개발했다. 이를 통해 전류와 전압을 모두 높여 고효율을 달성한 것이다.

서 박사팀은 페로브스카이트 태양전지 분야에서 세계 최고 기술을 보유하고 있다. 2019년 페로브스카이트 태양전지 단독으로 25.2%의 발전효율을 기록해 세계 1위에 올랐다. 미국신재생에너지연구소(NREL)에서 인증한 페로브스카이트 태양전지 효율 기록 13건 가운데 9건이 한국 연구진 것이다.

서장원 박사는 “앞으로 효율 향상이 좀 더 이루어진다면 26% 이상의 효율도 가능하기 때문에 기존 실리콘 태양전지의 최고 효율 26.7%에 근접할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.