페로브스카이트태양전지 효율 18.24%로 상용화 성큼

화학연·KAIST 공동 연구팀, 대면적 셀 제작
신규 도펀트 물질 개발해 세계 최고 수준 효율

[이데일리 강민구 기자] 전 세계적으로 글로벌 기후위기에 따른 탄소중립의 대두로 인한 재생에너지 비중이 확대되는 가운데 국내 연구진이 세계 최고 수준의 페로브스카이트 태양전지 대면적 셀을 개발했다.

한국화학연구원은 전남중 박사와 서장원 KAIST 교수 공동 연구팀이 이온성 액체 형태의 도펀트(물질이나 공정에 원하는 효과를 주기 위해 의도적으로 첨가하는 불순물)를 개발한뒤 세계 최고 수준의 페로브스카이트 태양전지 효율과 안정성을 확보했다고 2일 밝혔다.

페로브스카이트 태양전지 대면적 셀 세계 최고 효율을 달성한 공동연구팀.(사진=한국화학연구원)

페로브스카이트 태양전지는 용액 공정을 통해 높은 효율을 달성하면서 유연하고 가벼워 전 세계적으로 각광을 받아 왔다.

기존에는 좁은 면적에서 효율을 높이는 연구를 중심으로 해왔기 때문에 넓은 면적에서 같은 성능을 구현할 수 있어야 한다. 오랜 시간 효율을 안정적으로 유지하는 기술 확보가 필요했지만 안정성과 대면적화에 집중된 연구는 부족했다.

연구팀은 태양전지의 핵심 구성요소인 정공 전달물질의 전기 특성을 높이면서 페로브스카이트 한계점을 보완해 효율과 안정성을 높였다. 그 결과, 페로브스카이트 태양전지 200㎠ 이상의 면적에서 18.24%의 세계 최고 수준 효율을 기록했다.

현재 상용화된 실리콘 태양전지 셀 크기와 비슷하기 때문에 앞으로 사물인터넷(IoT) 제품형 태양전지, 건물 일체형 태양전지 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

연구팀은 지난해 국내 특허 등록을 마친뒤 미국, 일본, 중국, 유럽에 특허 출원을 마쳤다. 국내 페로브스카이트 태양전지 대면적 양산화 기술을 보유한 유니테스트에 기술을 이전해 상용화를 추진할 계획이다.

전남중 화학연 박사는 “우리나라가 원천기술은 앞서 있지만 중국, 일본, 유럽이 발빠르게 상용화에 다가가고 있다”며 “이번 연구를 발판으로 상용화가 이뤄져 탄소중립 실현에 기여했으면 한다”고 했다.

연구 결과는 국제학술지 ‘Energy Environmental Science’ 올해 3월호 논문으로 게재됐다.

강민구 (science1@edaily.co.kr)