값싼 주석으로 만든 태양전지, 1000시간 성능 유지

UNIST·에너지기술연구원 성과
개발 비용은 줄이고 효율은 높여

울산과학기술원(UNIST) 에너지 하베스팅 연구실에서 페로브스카이트 태양전지의 성능을 테스트하고 있다. 사진=김만기 기자

울산과학기술원(UNIST) 탄소중립대학원 김동석 교수팀과 한국에너지기술연구원 조임현 박사팀이 페로브스카이트 태양전지에 저렴한 주석 염화물을 사용해 전기변환 효율을 높이고 내구성까지 향상시켰다. 연구진이 주석 염화물로 만든 페로브스카이트 태양전지는 최대 25.56%의 효율을 달성했으며, 65도의 열 안정성 시험에서 1000시간 동안 80%의 초기성능을 유지했다.

연구진은 열과 자외선 노출에도 오랫동안 견딤으로써 태양전지의 인증시험에 도움이 될 것으로 전망했다. 또한 비싼 티타늄 산화물 대신 값싼 주석 염화물을 사용해 고효율, 고강도, 저비용을 동시에 실현할 수 있을 것으로 보고 있다.

4일 UNIST에 따르면 페로브스카이트 태양전지의 성능을 끌어올리기 위해서는 전자가 잘 흐를 수 있도록 돕는 박막 '전자수송층'의 표면 결함을 제어하는 것이 중요하다. 이 결함은 태양전지의 효율 뿐만아니라 안정성에도 큰 영향을 미친다.

연구진은 주석 염화물을 물에 녹여 산화물층에 발랐다. 처리 과정에서 형성된 수산화 주석이 산화물 주석의 상층부를 완전히 산화시키고, 산이 재결정화를 이뤄내 전자가 잘 이동할 수 있도록 만들어졌다.

이 화학용액 증착법은 주석 산화물층을 형성하는 기술이다. 주석이 완전히 산화되지 않은채 표면에 자연스럽게 결함이 생긴다. 박막을 형성한 후 결함을 줄이는 처리는 고효율과 장기 안정성을 동시에 확보하는 핵심 기술이다.

monarch@fnnews.com 김만기 기자