"日 넘었다! 세계최고 효율 구현" 차세대 태양전지 상용화 성큼

- 에너지硏, 대면적 페로브스카이트 태양전지 18% 효율 달성

대면적 페로브스카이트 태양전지 모식도.[한국에너지기술연구원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 개발한 대면적 페로브스카이트 태양전지가 일본을 뛰어넘어 18%의 세계 최고의 효율을 구현, 본격 상용화를 위한 교두보를 마련했다.

한국에너지기술연구원 김동석 박사 연구팀은 스위스 로잔공대와의 공동연구를 통해 대면적 페로브스카이트 태양전지 효율을 획기적으로 개선할 수 있는 이중구조 전자수송층 제조기술을 개발했다.

이번 연구성과는 과학분야 최고권위 국제학술지 ‘사이언스’ 1월 21일(현지시간) 게재됐다.

페로브스카이트 태양전지는 기존 실리콘 태양전지보다 얇으면서도 가볍고 유연하게 만들 수 있고 용액공정으로 제작비를 크게 낮출 수 있다는 장점을 가지고 있다.

국내에서는 25.7%의 세계기록과 최고기술을 보유하고 있지만 이는 0.1㎠ 이하인 소면적 셀이다. 200㎠ 이상 대면적 제조기술은 일본(17.9%) 등에 뒤처져 있는 상태다.

고효율 대면적 페로브스카이트 태양전지 모듈을 제조하기 위해서는 전자수송층을 얇고 균일하게 형성하는 것이 중요하다. 두께가 얇을수록 빛을 잘 통과시키기 때문에 높은 전류값을 구현할 수 있으며, 균일하지 못한 전자수송층은 결함으로 작용해 대면적 모듈 제조 시 효율손실 원인이 되기 때문이다.

기존 전자수송층은 화학 용액 증착법으로 만든 산화주석 위에 다공성 산화타이타늄을 형성하는 방법을 사용한다. 이 방법으로 제조된 산화주석은 저온 공정이 가능하지만, 제조 시간이 매우 길며 넓은 면적에서는 균일성이 떨어진다.

연구팀은 두께가 얇고 균일하며 저온에서도 제조 가능한 전자수송층을 개발했다. 제조 시간도 최적화 한다면 10분 이내로 가능하다는 설명이다. 이 기술을 활용하면 크기에 상관없이 균일한 박막을 짧은 시간 내에 150도 이하 저온에서도 만들어 낼 수 있어 대면적 페로브스카이트 태양전지를 만드는데 최적화된 방법이 될 것으로 기대된다.

김동석 박사가 대면적 페로브스카이트 태양전지 모듈을 들어보이고 있다.[한국에너지기술연구원 제공]

연구진은 개발된 기술을 페로브스카이트 태양전지에 적용해 0.1㎠이하 소면적 태양전지 효율 25.72%로 비공인 세계기록을 달성했다. 국제공인인증기관에서도 25.4%, 25㎠ 및 64㎠ 크기의 서브모듈에서도 각각 21.66% 및 20.55% 공인인증 효율을 기록했다. 특히 200㎠ 서브모듈에 적용했을 때 18% 이상의 비공인 세계 최고효율을 달성했다.

김동석 박사는 “기존 기술술과 달리 제조시간이 매우 짧으며 150도 이하에서 모든 공정이 가능하고 대면적 적용에도 급격한 효율저하가 없어, 상용화 난제 해결에 크게 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

nbgkoo@heraldcorp.com