페로브스카이트 태양전지 대면적에 `한발 더`…상용화 한계 극복

에너지공과대-화학연, 전자수송층 결함제어 기술
모듈 단위 적용시 성능 저하 줄어..대면적화 가능성

한국에너지공과대학과 한국화학연구원은 페로브스카이트 태양전지 모듈의 대면적화를 위한 전자수송층의 균일성 및 결함 제어 기술을 개발했다. 국제 학술지에 실린 연구성과에 대한 표지 모습.

국내 연구진이 균일한 전자수송층 형성을 통해 페로브스카이트 태양전지 모듈 상용화에 한 발 다가섰다.

과학기술정보통신부는 정의혁 한국에너지공과대학 교수와 전남중 한국화학연구원 박사 연구팀이 공동으로 고품질 전자 수송층 구현을 통해 고성능 페로브스카이트 모듈 개발에 성공했다고 16일 밝혔다.

페로브스카이트 태양전지는 기존 실리콘 태양전지와 비교해 유연화, 경량화가 가능하고, 원가가 낮아 높은 경제성을 가져 차세대 태양전지로 주목받고 있다. 용액 공정 기반으로 쉽게 제작할 수 있어 신문을 인쇄하듯 대면적화가 가능하다.

최근에는 기술 발전에 힘입어 단위 소자(0.1㎠ 이하 면적) 기준 기존 실리콘 태양전지 효율에 버금가는 광전 변환 효율 26.1%를 기록하고 있다.

하지만, 대면적 모듈에 적용하는 데 많은 제약과 한계가 있어 페로브스카이트 태양전지를 구성하는 기능성 박막의 고품질 대면적화가 필수적으로 요구된다. 또한 빛에 의해 발생한 전자를 전극으로 전달하는 전자 수송층의 결함을 제어해 균일한 대면적 박막을 만들어야 한다.

기존 전자 수송층에 사용되는 산화주석 나노입자 분산액은 단위 소자 제작 시 성능과 효율이 좋지만, 대면적에 적용할 경우 낮은 점도로 인해 결함을 제어할 수 없어 한계가 있다.

연구팀은 전자 수송층의 산화주석 나노입자 분산액의 산성도 조절을 통해 최적의 점도를 확보하고, 전기적 결함을 제어하는 기술을 개발했다. 이 기술을 페로브스카이트 태양전지 모듈 단위에 적용했을 경우 24.5㎠과 214㎠ 순으로 면적이 커져도 기존 단위 소자 수준에서의 성능 차이가 현저히 줄었다. 또 극한 환경과 실외 자연광 환경 등에서 장기적으로 우수한 안정성을 보였다고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 관련 기업에 기술을 이전해 대량 생산을 통해 상용화할 계획이다.

전남중 화학연 박사는 "대면적 페로브스카이트 태양전지 모듈에 있어 전자 수송층의 균일성과 결함 제어가 결정적 역할을 한다는 것을 규명한 연구로, 기존 대면적화 한계를 극복해 페로브스카이트 모듈 상용화에 적극 활용될 것으로 기대한다"고 말했다.

이 연구결과는 국제 학술지 '어드밴스드 에너지 머터리얼즈(지난 6일자)' 표지 논문으로 게재됐다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr