UNIST 페로브스카이트 태양전지 세계기록 경신

주석 활용해 전지 증간층 결함 최소화
태양전지 모듈 제조기술 개발에 활용

페로브스카이트 태양전지. UNIST 제공

[파이낸셜뉴스] 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 석상일 특훈 교수팀이 만든 페로브스카이트 태양전지가 세계 최고 효율인 25.8%를 기록했다. 이는 논문으로 공식 보고된 세계 최고 효율이다. 미국 재생에너지연구소(NREL)에서 인증 받은 공인 기록도 25.5%로 가장 높다.

이번 연구결과는 페로브스카이트 태양전지의 세계 최고 인증 효율을 달성해 상용화의 기반을 마련했다는 평가를 받고 있다. 최고 권위 과학저널인 '네이처(Nature)'는 이 같은 연구 결과를 지난 20일(현지시각)자로 온라인에 공개했다.

UNIST는 산업적으로 연구실 창업 회사인 ㈜프론티어에너지솔루선를 통해 대면적 페로브스카이트 모듈 제조 기술 개발에 활용될 것으로 기대하고 있다.

연구진이 만든 태양전지는 주석을 활용해 태양전지 층간 결함을 최소화할 수 있는 중간층이 적용됐다.

24일 연구진에 따르면, 이 중간층은 박막형태 서로다른 소재 구성층 사이에서 완충재 역할을 해 결함을 획기적으로 줄인다.

결함은 내구성뿐만 아니라 전기입자의 흐름을 방해해 효율도 떨어뜨린다. 특히 구성 원소와 원자가 배열된 모양 자체가 다른 이종 소재가 맞닿는 지점에서는 배열이 찌그러져 원자가 빠지는 등의 결함이 쉽게 생긴다. 구성층 끼리 약한 물리적 결합으로만 연결되기 때문이다.

연구진은 전자를 전달하는 층과 페로브스카이트 광활성층간에 생성된 이 중간층 물질을 실험으로 입증했다. 확인 결과 이 물질은 전자전달층과 광활성층을 원자 수준에서 결함 없이 연결했다.

한편, 석 교수는 페로브스카이트 태양전지로 마의 효율이라 불렸던 20%를 처음 넘긴 것은 물론, 세계 최고의 공인 효율을 스스로 다섯 차례나 경신했다. 지금도 세계 최고의 기록을 보유하고 있다.

이 결과는 지난 2012년에 독자적으로 개발한 페로브카이트 이종접합태양전지 구조 덕분이다. 현재 24%가 넘는 고효율 페로브스카이트 태양전지의 대부분은 이 구조를 갖는다. 또 세계 최고 권위의 과학저널인 네이처와 사이언스(Science)에 보고한 논문도 이번으로 8편째다.

지난 9월에는 페로브스카이트 태양전지의 탄생과 개발에 기여한 공로로, '2022 랭크 광전자공학상'에 공동 수상자로 선정된바 있다. 영국 랭크 재단에서 수여하는 이 상은 노벨상 수상자를 배출한 저명 과학상이다.