실리콘 태양전지보다 가볍고 유연한 모듈, 대량생산 길 열렸다

켄텍 및 화학연, 고성능 페로브스카이트 모듈 개발 성공
'어드밴스드 에너지 머터리얼즈' 표지 논문 게재

연구 성과 대표 결과 및 어드밴스드 에너지 머터리얼즈 표지. (과기정통부 제공)

(서울=뉴스1) 조재현 기자 = 기존 실리콘 태양전지에 비해 가볍고 유연한 '페로브스카이트'(Perovskite) 태양전지 모듈의 상용화 가능성을 한국 연구진이 입증했다.

과학기술정보통신부는 한국에너지공과대학교(KENTECH·켄텍) 정의혁 교수와 한국화학연구원 전남중 책임연구원 공동 연구팀이 고품질 전자 수송층 구현을 통한 고성능 페로브스카이트 모듈 개발에 성공했다고 16일 밝혔다.

페로브스카이트 태양전지는 기존 실리콘 태양전지와 비교해 유연화·경량화가 가능하다. 원가가 낮아 경제성을 갖췄고 용액공정 기반으로 제작이 가능해 신문을 인쇄하듯 대면적화가 가능한 잠재력이 있다.

이 태양전지는 올해 미국 매사추세츠공과대(MIT)가 발생하는 기술 분석 잡지(테크놀러지 리뷰)에서 10대 혁신 기술 중 하나로 선정된 바 있다. 최근 10년 동안 기술 발전을 거듭한 결과 단위 소자(0.1㎠ 이하 면적) 기준에서는 기존 실리콘 태양전지 효율에 버금가는 광전 변환 효율(26.1%) 수준을 보여준다.

하지만 대면적 모듈에서는 단위 소자보다 효율이 떨어지고 불안정성이 커져 이를 보완할 기술이 필요하다. 이를 위해 페로브스카이트 태양전지를 구성하는 기능성 박막의 고품질 대면적화가 필수적으로 요구되고 있다.

특히 페로브스카이트 태양전지는 광활성층을 중심으로 위아래로 전자 수송층, 정공 수송층이 적층된 구조다. 광활성층에서 빛에 의해 발생한 전자를 전극으로 전달하는 전자 수송층의 결함을 제어해 '균일한 대면적 박막'을 만드는 게 중요하다.

기존 전자 수송층에 사용되는 산화주석(SnO2) 나노입자 분산액은 고효율 페로브스카이트 태양전지 단위 소자 제작에 있어 우수한 결과를 보여줬다. 그러나 '대면적화' 적용 시에는 낮은 점도로 인해 결함이 제어되지 못해 단위 소자 성능과 큰 효율 차가 발생했다.

이에 공동 연구팀은 산화주석 나노입자 분산액의 산성도를 조절해 최적의 점도를 확보하고, 전기적 결함을 제어하는 기술을 개발했다.

연구팀은 "기존 대면적화의 한계를 극복할 수 있는 기술을 개발, 페로브스카이트 모듈 상용화에 적극적으로 활용할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다. 연구 성과는 국제학술지 '어드밴스드 에너지 머터리얼즈'의 표지 논문으로 선정됐다.

cho84@news1.kr