‘꿈의 태양전지’ 세계 최고 효율 달성…대량생산 ‘성큼’
일반 대기 중서 31.72% 효율...내구성도 향상
국내 연구진이 '꿈의 태양전지'로 불리는 페로브스카이트·실리콘 탠덤 태양전지 효율을 30% 이상 높일수 있는 코팅 물질이 개발됐다.
울산과학기술원(UNIST)은 석상일 에너지화학공학과 특훈교수, 최경진 신소재공학과 교수, 사우디아라비아 KAUST 연구팀이 공동으로 3성분 물질을 이용한 '전지 계면 코팅 물질'을 개발했다고 11일 밝혔다.
페로브스카이트·실리콘 탠덤 태양전지는 페로브스카이트 전지와 실리콘 전지를 위아래로 쌓은 초고효율 전지다.
위쪽 페로브스카이트가 짧은 파장의 태양빛을 먼저 흡수한 뒤 아래쪽 실리콘이 남은 빛을 흡수해 기존 실리콘 태양전지보다 더 높은 효율을 낸다.
탠덤 태양전지가 높은 성능을 내려면 전하를 잘 전달하는 접촉층이 매우 중요하다.
최근 페로브스카이트 태양전지에서는 자기조립단분자막(SAM)이 정공 선택 접촉층으로 널리 쓰이고 있다.
SAM은 매우 얇고 투명해 광 손실이 적고, 전하 추출에 유리한 계면을 만들 수 있는 장점이 있다.
하지만 공기 중 수분에 매우 민감해 페로브스카이트 박막의 젖음성, 결정 성장 등에 영향을 줘 대면적·저비용 상용화에 걸림돌이 되고 있다.
연구팀이 개발한 물질은 페로브스카이트층을 올리기 전 전극 표면에 먼저 깔리는 얇은 접촉층으로, 기존 SAM 물질인 Me-4PACz 외에 GDMA와 AG가 포함돼 있다.
GDMA는 코팅층이 전극 위에 고르게 퍼지고 열처리 뒤 단단히 붙도록 돕고, AG는 페로브스카이트와 맞닿는 부분의 결함을 줄이는 역할을 한다.
두 물질은 전하가 전극으로 원활하게 이동해 태양전지 효율과 전압을 높여준다.
개발된 코팅 물질을 적용한 탠덤 전지는 31.72%의 효율을 기록했다. 이는 대기 중에서 제조한 탠덤 전지 중 세계 최고효율이이라고 연구팀은 설명했다. 공인 인증 효율도 31.36%로 확인됐다.
내구성도 좋아져 겉을 감싸는 보호 포장 없이 85도의 뜨거운 공기 중에 600시간을 방치한 뒤에도 초기 성능의 92% 이상을 그대로 유지했다.
실제 태양광을 모방한 강한 빛을 1000시간 연속으로 쬔 후에도 90% 이상의 높은 효율을 유지했다.
이 물질은 가로·세로 7㎠ 대면적 기판에서 페로브스카이트 박막이 고르게 만들어져 불량률도 낮았다.
석 교수는 "수분이 있는 일반 대기 중에서도 균일한 계면 박막과 높은 재현성을 확보함을 보여준 것으로 대면적 제조 공정으로 확장하기 위한 기술적 기반이 돼 상용화에 기여할 것"이라고 말했다.
이준기 기자 bongchu@dt.co.kr
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