韓 연구팀, 차세대 태양전지 효율 26.7%로 세계 신기록

한국에너지기술연구원, 페로브스카이트·CIGS 탠덤전지 개발

한국에너지기술연구원 연구팀이 개발한 페로브스카이트/CIGS 탠덤 태양전지 시제품. 에너지연 제공

한국에너지기술연구원이 개발한 페로브스카이트/구리인듐갈륨셀레나이드(CIGS) 차세대 태양전지가 에너지 변환 효율 26.7%를 기록해 세계 최고 공인 효율을 경신했다. 지난해 서울대와 한국과학기술연구원(KIST) 공동연구팀이 26.3%로 세계 최고 효율을 기록한 데 이어 국내 연구팀이 다시 세계 신기록을 갈아치운 성과다.

에너지연은 태양광연구단이 개발한 페로브스카이트/CIGS 탠덤 태양전지의 광전변환효율 기록이 독일 프라운호퍼 태양에너지시스템연구소(ISE)로부터 공식 인증을 받아 미국 국립로키연구소(NLR)가 발표하는 태양전지 유형별 최고 효율 기록표에 세계 최고 기록으로 등재됐다고 1일 밝혔다.

현재 가장 널리 사용되는 실리콘 태양전지는 이론상 최대 효율이 약 29%로 단일 소재만으로 효율을 계속 끌어올리는 데 한계가 제시된다. 서로 다른 특성의 태양전지를 층층이 쌓아 태양 빛을 폭넓게 활용하는 탠덤 태양전지가 주목받는 이유다.

에너지연이 개발한 페로브스카이트/CIGS 탠덤 태양전지는 위쪽에 페로브스카이트 태양전지, 아래쪽에 CIGS 태양전지를 배치한다. 서로 다른 파장대의 태양 빛을 나누어 흡수하며 발전 효율을 극대화한 구조다. 두 태양전지를 결합하는 과정에서 페로브스카이트 광 흡수층이 열화되고 불필요한 빛을 흡수해 성능이 저하된다는 점이 숙제다.

연구팀은 페로브스카이트의 손상을 줄일 수 있는 계면층 소재와 공정 기술을 개발하고 상부 투명전극과 전하수송층의 구조를 최적화해 불필요한 빛 흡수를 줄이고 광전류 손실을 최소화하는 데 성공했다. 연구실 기준 효율 27%를 달성하고 프라운호퍼 ISE로부터 26.7%의 공인 효율​을 인증받았다.

페로브스카이트/CIGS 탠덤 태양전지는 가볍고 유연한 박막 구조로 제작할 수 있어 건물, 자동차뿐 아니라 무게와 설치 면적이 중요한 소형 위성과 우주 데이터센터 등 미래 우주산업의 전력원으로도 활용 가능성이 높다. 예를 들어 태양전지판을 말아서 우주에 올리면 발사체 공간을 최대한으로 확보할 수 있다.

연구를 주도한 정인영 에너지연 선임연구원은 "페로브스카이트와 CIGS를 결합하는 과정에서 발생하는 계면 손실과 광학적 손실을 함께 줄여 효율과 안정성을 동시에 높였다"며 "세계적인 인증기관에서 효율을 확인받고 최고 효율로 등재된 것은 우리 기술의 경쟁력을 객관적으로 인정받은 결과"라고 밝혔다.

[이병구 기자 2bottle9@donga.com]