한양대, 태양전지 전극 소재비 1만배 낮추는 기술 개발

알루미늄 활용한 다층 전극 개발…광전변환효율, 기존 금 전극 수준

[이데일리 김응열 기자] 한양대 연구팀이 차세대 태양전지의 핵심 부품인 전극의 소재 비용을 기존 금 전극보다 1만분의 1 이하로 낮추면서도 비슷한 수준의 발전 효율을 구현하는 기술을 개발했다.

(왼쪽부터)고민재 한양대 교수, 구본기 한양대 박사, 김영윤 한국화학연구원 박사, 김우연 한양대 박사. (사진=한양대)

한양대는 고민재 화학공학과 교수 연구팀이 기존 금 전극 대비 소재 비용을 1만 배 이상 절감하면서도 금 전극 수준의 높은 광전변환효율을 구현한 차세대 페로브스카이트 태양전지 전극 기술을 개발했다고 30일 밝혔다. 이번 연구는 한국화학연구원과 공동으로 진행됐다.

페로브스카이트 태양전지는 광전변환효율이 높고 제조 공정이 비교적 간단해 차세대 태양전지 기술로 주목받고 있다. 그러나 고효율 소자 구현을 위해 주로 사용되는 금 전극은 값이 비싸다는 단점이 있다.

이를 해결하기 위해 알루미늄처럼 저가 금속을 전극으로 활용하려는 연구가 진행돼 왔다. 다만 금속 이온의 확산과 계면 반응으로 인해 태양전지의 효율과 안정성이 저하되는 문제가 있었다. 특히 알루미늄은 전기전도도가 높고 가격이 저렴하다는 장점에도 불구하고 인접한 층과의 화학적 반응으로 전기적 특성이 저하될 수 있어 고효율 태양전지에 적용하는 데 한계가 있었다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 산화몰리브덴, 크롬, 알루미늄을 순차적으로 쌓은 새로운 다층 전극 구조를 개발했다. 각 소재가 상호보완적인 역할을 수행하도록 설계해 저가 금속 전극의 한계를 극복하고 기존 금 전극 수준의 성능을 확보한 것이다.

연구팀이 고안한 다층 구조가 적용된 페로브스카이트 태양전지는 25.6%의 광전변환효율을 기록했다. 이는 기존 금 전극을 사용한 태양전지의 효율인 26.3%에 근접한 수준이다. 전극 소재 가격과 광전변환효율을 함께 고려한 비용 대비 효율은 기존 금 전극보다 1만 배 이상 높은 것으로 분석됐다.

고 교수는 “이번 연구에서 전극 소재 비용을 절감하면서도 대면적 모듈에 적용할 수 있는 가능성을 확인했다”며 “페로브스카이트 태양전지의 상용화와 가격 경쟁력 확보에 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.

김응열 (keynews@edaily.co.kr)