유연 페로브스카이트 태양전지, 5배 빠르고 2배 넓게 제작…`롤투롤 코팅 공정` 완성

화학연, 초고속 광소결 기술 적용해 대면적 구현
10분 이상 열처리 시간을 2분에..대형 모듈 제작

한국화학연구원은 기존 롤투롤 공정보다 5배 빠르고, 2배 이상 넓은 면적으로 유연 페로브스카이트 태양전지를 제작할 수 있는 공정을 개발했다. 사진은 롤투롤 코팅 공정을 활용해 제작한 페로브스카이트 태양전지 모듈 모습. 화학연 제공

롤투롤 기반 유연 페로브스카이트 태양전지 제조 공정기술을 개발한 화학연 연구팀.

국내 연구진이 유연 페로브스카이트 태양전지를 보다 빠르고, 더 큰 면적으로 생산할 수 있는 롤투롤 공정기술을 개발했다.

향후 건물 일체형 태양광 발전과 자동차용 선루프 태양전지, 사물인터넷용 배터리 등 다양한 분야에 활용할 수 있을 전망이다.

한국화학연구원은 함동석 박사 연구팀이 김민 전북대 교수 연구팀과 공동으로 초고속 광소결 방법을 활용해 기존 롤투롤 제조 공정보다 5배 빠르고, 2배 이상 넓은 면적으로 유연 페로브스카이트 태양전지를 제작할 수 있는 공정을 개발했다고 11일 밝혔다.

유연 페로브스카이트 태양전지는 실리콘 기반 태양전지보다 가볍고 유연성이 뛰어나 다양한 에너지 분야에 적용할 수 있다. 기존에는 비연속적 배치형 코팅 방식을 주로 사용해 제작했는데, 대량 생산을 하려면 롤투롤 코팅 공정을 거쳐야 한다.

하지만 신문을 인쇄하듯 찍어내는 롤투롤 공정은 일반 배치 공정과 달리 건조 장치 내에서 샘플이 이동하는데, 열처리 시간이 길어지면 생산 속도가 떨어진다. 연구팀은 초고속 광소결 기술을 적용해 새로운 대면적 롤투롤 제조 공정을 개발했다. 초고속 광소결 기술은 마이크로초(100만분의 1초) 단위의 짧은 시간 동안 강한 빛을 쪼여 손상 없이 페로브스카이트층을 빠르게 열처리할 수 있다.

연구팀은 기존의 긴 시간 동안 고온의 열처리 과정 대신 매우 짧은 시간 내 강한 빛을 쪼인 후, 세슘 포르메이트 첨가제를 요오드화 납에 추가해 공정의 효율을 높였다. 개발된 공정은 기존에 10분 이상 걸리던 열처리 시간을 2분으로 줄이면서 100㎠ 이상의 대형 유연 모듈 제작이 가능해 상업적으로 적용하기 한결 쉽다.

연구팀은 아울러, 투명 전극과 보호 성능을 갖춘 새로운 봉지기술을 개발, 필름에 적용했다. 기존 봉지필름보다 40% 수준으로 얇아 25% 이상 유연 특성을 보였고, 60도의 고온과 90% 고습도 환경에서 태양전지가 장기간 안정적으로 작동하는 것을 확인했다.

함동석 화학연 박사는 "롤투롤 코팅 공정에 필요한 공정시간을 단축해 대면적이 가능한 신공정을 개발했다"며 "소재와 공정에 대한 후속 연구를 통해 상용화를 추진할 계획"이라고 말했다.

이 연구결과는 국제 학술지 'ACS 어플라이드 머티리얼스&인터페이스(5월 속표지)'와 '솔라 RRL(7월 겉표지)'에 각각 게재됐다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr