‘보호필름’ 씌웠더니 “찜통 더위도 OK”…신개념 페로브스카이트 태양전지 등장

- UNIST 김동석 교수팀, 110도 공정 온도 견디는 내열 태양전지 개발

이번 연구를 수행한 김동석(윗줄 왼쪽 끝) UNIST 교수 연구팀.[UNIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 찜솥 같은 환경에서도 1000시간을 버틸 수 있는 페로브스카이트 태양전지가 나왔다. 전지가 보호 필름을 입을 수 있게 됐기 때문이다.

울산과학기술원(UNIST) 탄소중립대학원 김동석 교수팀은 경상국립대학교 이태경 교수팀과 태양전지에 보호 필름을 입히는 고온 공정을 버티는 내열 페로브스카이트 태양전지를 개발했다. 이 전지는 25.56%의 높은 초기효율을 보였으며, 85℃, 85% 상대습도에서 1000시간을 작동한 뒤에도 초기효율의 85% 이상을 유지했다.

페로브스카이트 태양전지는 상용 실리콘 전지보다 이론적으로 태양광을 전기로 전환하는 효율이 높고, 비용이 저렴한 차세대 전지다. 실험실 수준에서는 이미 27%의 효율을 기록해 실리콘 전지를 넘어선 이 전지가 상용화 단계에 이르지 못한 이유 중 하나는 내열성이다. 야외에서 장기간 작동하는 전지 특성상 전지를 수분, 산소로부터 보호하는 필름으로 감싸야 하는데, 실리콘 전지와 달리 110℃까지 치솟는 공정 온도를 견디지 못하는 것이다.

연구팀은 에틸렌 카보네이트(Ethylene Carbonate)라는 물질을 사용해 내열 페로브스카이트 전지를 만들었다. 에틸렌 카보네이트로 만든 전지는 25.56%의 광전변환 효율(PCE)을 기록했다. 이는 세계 최고 수준 효율이다. 또 보호 필름을 입히는 봉지(encapsulation) 공정을 거쳤을 때도 효율 저하가 거의 없다. 봉지된 전지를 85℃, 85% 상대습도의 국제 표준조건에서 실험한 결과, 1000시간 후에도 21.7%의 효율을 유지하는 우수한 내구성을 보였다. 정공수송층의 유리전이 온도도 125℃까지 올라갔다.

이 전지는 100cm² 면적의 모듈로 제작됐을 때도 22.14%의 높은 효율을 보였다.

김동석 교수는 “이번 연구를 통해 높은 효율을 유지하면서도 고온·고습 환경에서도 안정성을 확보할 수 있는 태양전지 정공수송층 시스템을 개발했다”며 “이는 페로브스카이트 태양전지의 실용화를 위한 결정적인 진전을 이룬 것”이라고 강조했다.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘에너지와 환경과학’에 4월 7일 출판됐다.