페로브스카이트 태양전지, '상용화' 착착…효율성 높였다

화학硏 함동석 박사, 전북대 김민 교수와 개발
5배 빨리, 2배 큰 면적 생산…'롤투롤 공정기술'

[대전=뉴시스] 롤투롤 코팅공정을 활용해 제작한 페로브스카이트 태양전지 모듈. 기존 페로브스카이트 태양전지보다 2배 이상의 면적을 갖는다. (사진=화학연구원 제공) 2024.11.11. photo@newsis.com *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 유연 페로브스카이트 태양전지의 롤투롤 기반 대면적 플랫폼 공정기술을 개발해 고효율 태양전지 상용화를 앞당겼다.

한국화학연구원은 함동석 박사가 전북대학교 김민 교수와 함께 초고속 광소결방법을 활용해 기존 롤투롤 제조 공정시간을 5배 이상 줄이면서 규모는 2배 이상인 100㎠ 모듈급 롤투롤 대면적 제조공정을 개발했다고 11일 밝혔다.

유연 페로브스카이트 태양전지는 실리콘 기반의 태양전지에 비해 가볍고 유연성이 좋다. 건물 일체형 태양광발전, 자동차용 선루프(Sunroof) 태양전지, 사물인터넷(IoT)용 배터리 등 많은 분야에 활용이 가능하다.

제작방식은 비연속적인 배치형 코팅방식을 많이 활용하고 있다. 대량생산을 위해서는 반드시 롤투롤 코팅공정을 거쳐야 한다. 하지만 롤투롤 공정은 일반 배치공정과 달리 정해진 크기의 건조장치 내에서 샘플이 이동하기 때문에 열처리가 어렵다.

연구팀은 이번에 초고속 광소결 기술(IPL·intensive pulsed light)을 도입한 새로운 대면적 롤투롤 제조공정을 개발해 기존 문제를 해결했다.

IPL 기술은 백만 분의 1초(μs) 단위의 짧은 시간 동안 강한 빛을 조사해 하부기재 손상없이 페로브스카이트 층을 빠르게 열처리하는 방법이다.

연구팀 관계자는 "일반적으로 슬롯다이 코팅법을 이용해 요오드화 납을 먼저 코팅한 뒤 요오드화 포름암미디늄(FAI)을 순차적으로 코팅하는 방식으로 페로브스카이트 막을 제조한다"며 "이 때 기존의 길고 고온의 열처리과정을 대신해 초고속으로 강한 빛을 조사하는 IPL 공정을 적용했다"고 설명했다.

연구팀은 또 많은 빛을 흡수해 IPL 공정의 효율을 높여줄 수 있는 '세슘 포르 메이트(Cesium formate)' 첨가제를 요오드화 납에 추가했다.

개발된 기술은 기존 롤투롤 공정에서 반드시 필요한 10분 이상의 열처리 시간을 2분으로 단축하면서도 100㎠ 이상의 대형 유연 모듈 제작이 가능해 산업화에 유용하다

연구팀은 유연 태양전지의 수명을 대폭 향상시키기 위해 기존 딱딱한 유리 기반 봉지기술을 발전시켜 투명 전극과 보호성능을 모두 갖춘 유연 필름소재를 적용한 새로운 봉지기술도 개발했다.

새 봉지기술을 적용한 필름은 기존의 40% 수준으로 얇아 유연성이 매우 좋다. 이를 통해 60도의 고온, 90%의 고습도 환경에서도 태양전지의 내구성을 유지해 장기간 안정적으로 작동할 수 있다.

이번 연구결과는 과학기술 분야 국제학술지 '에이씨에스 어플라이드 머티리얼스&인터페이스(ACS Applied Materials & Interfaces)'와 '솔라 알알엘(Solar RRL)'에 잇따라 게재됐다.

함 박사는 "이 연구는 롤투롤 코팅공정에 필요한 시간 단축, 안정성 향상 등 사업화를 위한 신공정으로 의미가 크다"며 "개발 기술은 향후 다양한 산업에 적용될 수 있을 것"이라고 말했다.

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