OLED 제작 기술로 페로브스카이트 태양전지 효율 높인다

UNIST 신소재공학과 연구팀이 진공 박막 증착공정으로 페로브스카이트 태양전지의 효율을 높였다. UNIST 제공.

발광다이오드(OLED) 제조 기술로 효율을 극대화한 페로브스카이트 태양전지가 나왔다.

울산과학기술원(UNIST)은 박혜성 신소재공학과 교수팀이 진공 박막증착 공정으로 페로브스카이트 태양전지를 제조하는 데 성공해 6월 21일 국제학술지 '에너지와 환경과학'에 온라인 공개했다고 1일 밝혔다.

페로브스카이트는 기존 실리콘 태양전지보다 간단히 만들 수 있고, 저렴하면서도 태양광-전기 변환 효율이 높아 차세대 태양전지 소재로 각광받고 있다. 다만 수분과 열에 취약해 내구성을 개선해야 하는 문제가 있었다.

일반적으로 열과 수분으로부터 태양전지를 보호하기 위해 페로브스카이트 바로 위에 얇은 막을 형성시킨다. 이는 태양광-전기 변환 효율을 떨어뜨리는 원인이 된다. 피막의 무질서한 입자 배열이 전하 입자가 전극까지 흘러들어가는 데 방해가 되기 때문이다.

연구팀은 진공 박막 증착공정을 통해 피막 내부 원자의 정렬 방향을 맞춘 보호 피막을 합성해 문제를 해결했다. 진공 박막 증착공정은 원료 물질을 진공 상태에서 증발시켜 기판에 얆게 입히는 방법으로 발광다이오드(OLED) TV를 제조할 때 주로 쓰이는 기술이다.

연구팀은 이번에 개발한 기술을 적용, 페로브스카이트 태양전지의 태양광-전기 변환 효율을 21.4%까지 끌어올릴 수 있었다. 박 교수는 "이는 진공 박막 증착공정으로 제조한 페로브스카이트 태양전지 중 최고 수준"이라고 말했다. 또 태양전지 전체를 감싸는 '봉지막(encapsulation)' 공정 없이도 60~70% 습도에서 1000시간 동안 초기 효율의 60% 이상을 유지하는 등 내구성도 갖췄다.

박 교수는 "진공 박막 증착공정은 '스케일업'하기 좋아 페로브스카이트 태양전지를 상용화하는데 유리하다"며 "페로브스카이트 기반 발광다이오드, 광센서 등에도 응용할 수 있다"고 말했다.

[이영애 기자 yalee@donga.com]