태양전지를 큰 면적으로 제작해도 효율과 안정성이 떨어지지 않는, 차세대 소재 기반의 태양전지 핵심 기술이 국내 연구진에 의해 개발했다.

 

광주과학기술원(GIST)은 27일 차세대에너지연구소 강홍규 부소장 연구팀이 강원대 연구진과 함께 '페로브스카이트' 태양전지 내부 층과 층 사이의 특성을 정밀하게 제어하는 계면공학 기술을 개발했다고 밝혔다.

 

페로브스카이트 태양전지는 기존 실리콘 태양전지보다 가볍고 공정이 간단해 차세대 태양전지로 주목받지만, 면적이 커질수록 성능과 수명이 급격히 저하되는 한계로 인해 그동안 상용화에 어려움이 있었다.

 

 

태양전지 면적이 커질수록 내부 박막이 균일하게 형성되기 어렵고, 전자가 이동하는 과정에서 손실이 증가해 효율과 안정성이 함께 떨어지는 문제가 있기 때문이다.

 

연구팀은 이러한 문제의 핵심 원인으로 태양전지 내부에서 전자의 이동 통로 역할을 하는 전자수송층의 특성에 주목하고 전자수송층을 형성하는 초기 단계에서 고분자 물질(PEI)을 혼합하는 공정 방식을 도입해 문제를 해결했다.

 

고분자 물질은 전자 손실을 줄이고 전기적 환경을 개선해 전자가 보다 원활하게 이동할 수 있도록 도와, 태양전지 내부에서 전자 이동 장벽이 낮아지고 태양전지 전체의 효율과 안정성이 동시에 향상됐다.

 

이번 연구의 가장 큰 특징은 하나의 단순한 공정만으로 박막이 고르게 형성되도록 하는 특성(표면 젖음성)과 전자 이동 특성 조절을 동시에 구현했다는 점이라고 연구팀은 설명했다.

 

그 결과, 소면적 셀뿐만 아니라 큰 면적으로 제작한 태양전지 모듈에서도 높은 효율과 안정성을 꾸준히 유지할 수 있었으며, 대량 생산과 상용화 가능성을 크게 높였다는 평가를 받는다.

 

이 기술을 적용한 결과, A4 용지의 약 4분의 1 크기(24.8㎠) 대면적 모듈에서도 22.56%의 높은 전력 변환 효율을 기록했으며, 500시간 이상 사용 후에도 초기 성능의 약 94%를 유지하는 안정성을 보였다.

 

강홍규 GIST 차세대에너지연구소 부소장은 "대면적 페로브스카이트 태양전지의 핵심 난제를 간단한 공정으로 동시에 해결했다"며 "페로브스카이트 기반 대면적 태양전지의 상용화를 앞당기는 데 기여할 것이다"고 말했다.

 

교육부·한국연구재단 기초연구사업, 산업통상자원부 산업기술개발사업, 교육부·강원특별자치도 지역혁신중심 대학지원체계(RISE) 사업, GIST 미래선도형 특성화 연구과제의 지원을 받은 이번 연구 결과는 국제학술지 '스몰'(Small) 지난해 12월말 온라인으로 게재됐다.

 

헬로티 이동재 기자 |