기존 방식에서 약 20% 성능 향상 “고효율 태양전지 향한 새로운 방향 제시” 국내 연구팀이 페로브스카이트 태양전지 성능을 한층 더 발전시킬 수 있는 기술을 개발했다. UNIST 에너지화학공학과 장성연 교수팀과 고려대학교 곽상규 교수팀이 주석-납 할로겐화물 페로브스카이트 광활성층과 양자점층을 접합해 태양전지 소자의 효율을 큰 폭으로 개선할 수 있는 기술을 공동으로 개발했다. 연구팀은 결합된 소재가 접합되며 만들어진 박막층을 활용해 전지의 효율을 대폭 상승시켰다. 생성된 접합층은 내부 전기장을 강화시키고, 경계면의 결함을 대폭 감소시켜 전하의 이동 거리를 늘렸다. 전하추출의 효율을 높인 것이다. 주석-납 할로겐화물 화합물은 밴드간의 에너지 갭의 차이가 적다. 에너지 갭은 반도체 소재에서 전도띠의 하단부분과 가전자띠의 상단부분의 에너지 차이를 의미한다. 근적외선 영역대 빛까지 흡수하는 능력이 뛰어나지만, 내부결함이 많고 전하의 이동 거리가 짧아 전하를 안정적으로 추출하기 어려웠다. 연구팀은 페로브스카이트 양자점을 주석-납 페로브스카이트 층 위에 박막으로 덮어 기존의 고질적 문제를 개선했다. 주석-납 할로겐화물 페로브스카이트 박막 표면에 양자점 소재를 씌우면 양자
양자점의 리간드 교환법 개선해 효율 경신…장기간 보관해도 효율 유지 UNIST 에너지화학공학과 장성연 교수팀이 안정성이 우수한 유기양이온기반 페로브스카이트(이하 유기계 페로브스카이트) 양자점을 합성하고, 태양전지용 광활성 박막의 내부 결함을 억제하는 새로운 리간드 치환 기술을 개발했다. 장성연 교수는 “개발된 기술을 바탕으로 양자점 태양전지의 효율 18.1%를 달성했다”며 “이는 현재까지 미국 재생에너지연구소(National Renewable Energy Laboratory, NREL)에서 공인한 양자점 태양전지 중 세계 최고 효율”이라고 설명했다. 지난해 나노기술의 핵심소재인 양자점을 발견하고 발전시킨 과학자 3인이 노벨화학상을 수상할 만큼 관련 분야에 대한 관심도가 높아지고 있다. 양자점은 수십 나노미터 내외의 매우 작은 반도체 결정으로 입자의 크기에 따라 광전기 특성을 조절할 수 있다. 특히 페로브스카이트 양자점은 우수한 광전기적 특성을 가진다. 상기판 위에서 성장시키는 과정 없이 용매에 뿌리거나 바르는 공정을 통해 태양전지를 제조할 수 있다. 이로 인해 제조 환경에 구애받지 않고 비교적 단순한 방식으로 일정한 품질을 낼 수 있게 된다. 그러나 실제 양
그린 수소 생산 기술에 응용… Advanced Energy Materials 게재 페로브스카이트 태양전지의 안정성을 향상시킬 수 있는 기술이 개발됐다. 높은 효율로 장시간 구동 가능해 페로브스카이트 태양전지 상용화와 그린 수소 생산 기술에도 도움이 될 것으로 보인다. UNIST 에너지화학공학과 장성연·류정기·장지욱 교수팀과 고려대학교 곽상규 교수팀은 높은 안정성과 효율을 가진 주석-납 할로겐화합물 페로브스카이트 태양전지를 개발했다고 밝혔다. 공동 연구팀은 주석-납 할로겐화물 페로브스카이트 활성층과 금속 전극 사이에 특수 설계된 음극 중간층을 삽입했다. 태양전지 소자의 안정성과 효율을 동시에 향상하는 획기적인 기술이라는 평가다. 장성연 교수는 “개발된 태양전지를 광전극으로 활용해 고효율의 그린 수소를 생산할 수 있는 광전기 화학 소자의 새로운 구조를 제시했다”고 설명했다. 금속 할로겐화물 페로브스카이트는 빛 에너지를 받아 전자를 방출하는 ‘광전자’ 특성이 우수해 태양 에너지 응용 분야에서 유망한 재료로 꼽힌다. 특히 혼합 주석-납 할로겐화물 페로브스카이트(TLHP)는 가시광선에서 근적외선 영역까지 태양광 흡수가 가능해 고효율 태양전지 개발에 중요한 소재지만,
UNIST 박혜성 교수팀, 뛰어난 성능의 비귀금속 촉매 개발…ACS Energy Letters 게재 귀금속 수전해 촉매의 대체재로 많은 관심을 받고있는 페로브스카이트 산화물의 촉매 효율을 크게 향상시킬 수 있는 합성법이 개발됐다. UNIST 신소재공학과 박혜성 교수와 동국대 융합에너지신소재공학과 한영규 교수 공동연구팀이 이차원 소재인 전이금속 칼코겐 화합물을 페로브스카이트 산화물의 성장기판으로 활용해 촉매의 표면 결정 구조와 전자 구조의 품질을 높이고 성능을 향상시킬 수 있는 합성법을 개발했다고 밝혔다. 수전해를 통한 수소 생산법은 온실가스나 대기오염 물질을 배출하지 않아 친환경적 수소 생산 방식으로 각광받고 있다. 하지만 공정에 사용되는 고비용의 귀금속 촉매로 인해 수소 생산 단가가 높다는 단점을 가진다. 페로브스카이트 산화물은 구성 원소와 전자 구조의 품질을 높이기 용이해 귀금속 대체 수전해 촉매로 많은 연구가 이뤄지고 있지만 귀금속 촉매 대비 산소발생 효율이 낮다는 문제점을 가진다. 통상적으로 촉매의 표면 결정 구조와 전자 구조는 물로부터 수소와 산소를 생산하는 반응과정에서 생성되는 중간 생성물과의 흡·탈착 반응과 직결되는 특성이다. 따라서 이를 제어하
2026년까지 독일 R&D센터에 시험생산 라인 구축 예정 한화솔루션 큐셀부문(이하 한화큐셀)은 유럽연합(EU)이 1500만 유로(한화 약 200억원)를 지원하는 차세대 태양광 셀 연구개발 프로젝트에 참여한다고 24일 밝혔다. 기존 실리콘 셀의 한계 효율보다 1.5배 높은 효율을 갖는 '페로브스카이트-실리콘 탠덤 셀'(이하 탠덤 셀)을 시험 생산하고 양산하기 위한 연구개발 프로젝트다. 탠덤 셀은 실리콘 층 위에 태양광 신소재로 주목받는 페로브스카이트 층을 얹어 제작한다. 탠덤 셀은 현재 세계 태양광 시장의 90% 이상을 차지하는 실리콘 단일 셀이 흡수할 수 없는 영역의 빛을 추가로 흡수할 수 있어 잠재 발전효율이 높다. 탠덤 셀 시험생산 라인은 독일 탈하임에 있는 한화큐셀 글로벌 R&D센터에 구축될 예정이다. 2026년까지 4년간 고효율 탠덤 셀을 양산하고 탠덤 셀 기반 모듈을 제조하는 장비·공정·재료를 개발하는 것이 목표다. 컨소시엄에는 한화큐셀을 포함해 유럽 내 태양광 관련 기업과 연구기관 총 17곳이 참여한다. 프로젝트는 고효율 탠덤 셀의 상용화를 통해 EU의 재생에너지 전환 목표를 실현하기 위해 추진된다. EU는 6월 재생에너지 비중을 2
지난 8월 파키스탄에선 국토의 3분의 1이 물에 잠기는, 역사상 최악의 홍수가 있었다. 북부 산악지대의 빙하가 녹아 인더스강이 분 데다 몬순 우기에 전례 없는 폭우가 쏟아진 탓이다. 국가재난관리청(NDMA)에 따르면, 이 홍수로 최소 1696명이 숨졌고, 파키스탄 인구의 15%에 해당하는 3300만 명이 수해를 입었다. 200만여 채의 주택과 시설이 파괴됐고, 약 1만3000㎞의 도로가 유실됐다. 재난의 원인으로 지목된 것은 다름 아닌 이상 기후. 무분별한 개발과 자원 채취로 망가져버린 기후는 오늘도 세계 곳곳에서 인류를 위협하는 중이다. 탄소중립은 누구 하나 빠질 수 없이, 전 인류가 맞닥뜨린 중차대한 과제다. 탄소중립의 키로 꼽히고 있는 재생에너지. 미국, EU를 비롯한 전 세계 각국은 재생에너지 확대에 열을 올리고 있다. 미국은 최근 인플레이션감축법(IRA)을 통해 4370억 달러를 보조금 및 세액공제 등의 형태로 친환경에너지 산업 육성 등 기후변화 대응 노력에 투입키로 했고, EU는 2030년까지 신재생에너지 발전 비중을 45%로 상향 조정했다. 국내에서도 재생에너지 발전에 대한 관심이 높다. 11월 2일 일산 킨텍스에서 열린 2022 대한민국 에너지
주요 시장서 인정받은 태양광 모듈 외에도 전기차 충전 솔루션 등 포트폴리오 강조 한화솔루션 큐셀 부문(이하 한화큐셀)이 ‘2022 대한민국 에너지대전’에 참가해 태양광 모듈 관련 제품들과 다양한 전력 솔루션 포트폴리오들을 선보였다. 산업통상자원부가 주최하고 한국에너지공단이 주관하는 에너지대전은 국내 최대 규모 에너지 전시회다. 올해 41주년을 맞아 11월 2일부터 4일까지 총 사흘 동안 일산 킨텍스에서 개최된다. 부스는 총 6개 존으로 구성됐다. 한화큐셀의 태양광 모듈을 통해 청정 에너지를 생산하고, 그 전력을 가정용 에너지 시스템, 전기차 충전 인프라 등을 통해 효율적으로 공급하는 모든 과정을 순서대로 볼 수 있도록 구성됐다. 우선 상용 모듈 존에는 ‘큐피크 듀오 G11(Q.PEAK DUO G11)’ 모듈이 전시됐다. ‘큐피크 듀오 시리즈’는 한화큐셀의 핵심 제품군으로 미국, 독일, 영국, 한국 등 주요 에너지 시장에서 주로 판매되고 있다. 최신 모델인 G11은 한화큐셀의 고유 셀 제조 기술인 ‘퀀텀 듀오 Z 기술’을 적용해 발전 효율을 극대화한 것이 특징이다. 차세대 모듈 존에서는 페로브스카이트-실리콘 탠덤 셀(이하 탠덤 셀) 기반 모듈 시제품이 전시됐다
탄소중립 엑스포, 탄소중립 콘퍼런스 통합...356개사 1157개 부스 참여 에너지 사용 모니터링 기술 선보인 '삼성전자·LG전자' 등 가전 업계 소형모듈원전 기술 현황 알린 두산과 투자유치 활동 전개한 지자체들 재생에너지, 수소, ESS, 에너지 모니터링 등 에너지 관련 산업 기술들을 총망라한 전시회가 개최됐다. 2022 대한민국 에너지대전(이하 에너지 대전)이 일산 킨텍스에서 11월 2일 막을 열었다. 4일까지 진행되는 이번 행사는 ‘지속가능한 미래를 위한 저탄소·고효율 C-Tech 혁신’을 주제로 기존의 에너지대전, 탄소중립 EXPO, 탄소중립 컨퍼런스를 통합해 개최됐다. 총 356개 사가 1157개 부스로 참여했고, 에너지혁신벤처관, 신재생에너지관, 에너지효율관, 미래모빌리티특별관, 탄소중립특별관 등 다양한 주제의 전시관으로 구성됐다. 삼성전자와 LG전자, 캐리어에어·냉장 등 가전 업계에서는 각사의 에너지 혁신 기술을 선보였다. 삼성전자는 에너지 사용량을 모니터링하고 'AI 절약 모드'를 통해 사용자의 패턴을 분석, 에너지 사용량을 예측하고, 목표치를 초과하지 않도록 도와주는 가전기기 제어 솔루션 '스마트싱스 에너지'를 선보였고, LG전자는 고성능 A
페로브스카이트 양자점 발광소자의 삼원색 세계 최고 효율 달성 국내 연구진이 페로브스카이트 발광체를 이용해 고효율‧고화질 디스플레이를 구현했다. 구현된 디스플레이는 얇고 유연해 웨어러블 기기나 모바일, 사물인터넷(IoT) 등 분야에서 유용할 전망이다. UNIST 신소재공학과의 최문기 교수팀과 DGIST 에너지공학과의 양지웅 교수팀은 ‘페로브스카이트 양자점의 표면제어로 초고해상도 패터닝 기술’을 개발했다. 패터닝(patterning)은 박막을 반복적으로 식각하는 과정을 통해 반도체 칩 내에 집적회로를 구현하는 것을 말한다. 이 기술로 만든 페로브스카이트 발광소자는 삼원색(빨강, 초록, 파랑) 모두 세계 최고 효율을 달성했다. 공동 연구진은 새로운 공정으로 매우 얇은 ‘피부 부착형 페로브스카이트 발광 소자’도 제작해 다양한 변형에도 대응 가능한 웨어러블 디스플레이를 선보였다. 양지웅 DGIST 교수는 “페로브스카이트 표면에 간단한 방식으로 유기 반도체 층을 도입해 패터닝 과정에서 발생할 수 있는 화학적·물리적 결함을 억제했다”며 “이 기술로 형성된 페로브스카이트 발광층은 페로브스카이트 나노입자 간 간격이 줄고 정공수송층과의 계면 특성이 개선됐다”고 설명했다. 실제
국내 수요 위축 대응해 미국 수출 강화… 23년에는 수출 2조원 이상 목표 한화솔루션이 연구개발(R&D)과 생산능력을 강화해 미국과 유럽 등 글로벌 시장에서 태양광 기술 리더십을 강화한다. 10년 이상 태양광 셀 기술에 지속적으로 투자해 확보한 역량으로 차세대 제품을 생산, 글로벌 톱-티어(Top-tier)로서의 기술적 우위를 유지하겠다는 전략이다. 한화솔루션은 12일 큐셀 부문(한화큐셀) 충북 진천공장에서 기존 퍼크(PERC)셀 보다 1%P(포인트) 이상 효율을 향상시킨 탑콘(TOPCon)셀을 2023년 4월부터 상업 생산하고, 2026년 6월에는 차세대 태양광 기술인 페로브스카이트 기반의 탠덤 셀도 양산하겠다는 '기술 로드맵'을 공개했다. 현재 세계 태양광 시장의 90% 이상을 차지하는 퍼크 셀은 후면에 반사막을 삽입해 빛을 반사시켜 발전 효율을 높인 제품으로 평균 효율은 약 23%이다. 이에 비해 탑콘은 셀에 얇은 산화막을 삽입, 기존보다 발전 효율을 약 1%P(포인트) 높은 것이 특징이다. 현재 시제품의 효율은 약 24.4%가 나온다. 셀의 효율이 올라가면 모듈 설치 면적 대비 전력 생산량이 늘면서 작은 면적에서도 많은 전력을 생산할 수 있다.
국내 연구진이 최고 효율의 페로브스카이트 태양전지를 개발해냈다. 연구진에 따르면, 전지를 만드는 데 쓰인 박막증착 공정 방식은 전지를 대량으로 생산하는 데 유리한 방식이다. UNIST 박혜성 신소재공학과 교수팀은 고효율·장수명 페로브스카이트 태양전지를 진공 박막증착 공정으로 제조하는 데 성공했다고 밝혔다. 진공 박막증착은 원료 물질을 진공 상태서 증발시켜 기판에 얇게 입히는 방식으로 이미 대형 OLED TV 제조 등에서 널리 쓰이고 있는 기술이다. 이번에 개발된 페로브스카이트 태양전지는 태양광-전기 변환 효율이 21.4%를 기록했는데, 이는 진공 박막증착 공정으로 제조한 페로브스카이트 태양전지 중 최고 수준이다. 또 전지 전체를 보호물질로 감싸는 봉지막(encapsulation) 공정 없이도 60~70% 습도에서 1000시간 전지를 작동시켰을 때 초기 효율의 60% 이상을 유지하는 등 뛰어난 내구성을 보였다. 제1 저자인 최윤성 연구원은 “페로브카이트 물질 위에 증착된 보호 피막 덕분”이라며 “이 보호 피막은 수분, 열 자극 보호 효과가 탁월하면서도 기존 보호 피막과 달리 전지 효율을 떨어뜨리지 않는다”라고 설명했다. 페로브스카이트 태양전지는 페로브스카이트
폴리실리콘 210mm 웨이퍼N타입 모듈 등 첨단 기술 집약된 핵심 제품 생산 예정 트리나솔라(Trina Solar)가 차세대 태양광 기술로 꼽히고 있는 N-타입 PV 공장을 중국 칭하이성 시닝시에 설립하는 '뉴에너지 산업공단' 프로젝트에 착수했다고 26일 밝혔다. '뉴에너지 산업공단'은 고순도 폴리실리콘을 비롯해 210mm 및 N-타입 모듈에 이르기까지 첨단 PV 기술을 집약한 제조 라인이 들어서게 된다. 라인이 완공되면 매년 총 30만 톤의 산업용 실리콘, 15만 톤의 고순도 폴리실리콘, 35GW의 모노 실리콘, 10GW의 웨이퍼 슬라이스, 10GW의 셀, 10GW의 모듈, 15GW의 모듈 보조기가 생산될 예정이다. 프로젝트는 총 2단계로 건설이 진행된다. 먼저 2023년 말경 1단계 건설 완료 후 공장이 가동되면 총 10만 톤의 산업용 실리콘, 5만 톤의 고순도 폴리실리콘, 20GW의 모노 실리콘, 5GW의 웨이퍼 슬라이스, 5GW의 셀, 5GW의 모듈, 7.5GW의 모듈 보조기가 생산된다. 이어 2단계에서는 20만 톤의 산업용 실리콘, 10만 톤의 고순도 폴리실리콘, 15GW의 모노 실리콘, 5GW의 웨이퍼 슬라이스, 5GW의 셀, 5GW의 모듈,
전지에 닿는 자외선 막고 가시광선 흡수 늘려...유기물 태양전지·다이오드 등 응용 페로브스카이트 태양전지의 수명과 효율을 동시에 잡을 수 있는 다기능성 필름이 개발됐다. UNIST 신소재공학과 최경진 교수 연구팀은 자연 태양광에서 포함된 자외선을 차단하고, 가시광선의 흡수는 늘리는 다기능성 반사 방지 필름을 개발했다. 연구팀에 따르면, 유해 자외선이 차단돼 전지 수명은 늘고, 유효 파장 대역인 가시광선의 흡수는 늘어 태양전지가 전기를 만드는 효율이 올라간다. 실리콘 태양전지 위에 페로브스카이트 태양전지를 올려놓는 방식의 ‘1+1 탠덤 전지’는 2~3년 안에 상용화가 기대되는 차세대 전지다. 효율, 가격경쟁력, 공정 편의성이 탁월해 ‘슈퍼 태양전지’라고도 불린다. 탠덤 태양전지는 구조상 자외선에 약한 페로브스카이트가 상층부에서 직사광선에 노출된다. 또 광 반사를 줄이는 기존 표면 처리 기술을 쓰기 어렵다는 문제가 있다. 상용 실리콘 태양전지는 표면에 피라미드형 미세 요철을 만들어 빛 반사를 줄여왔는데, 탠덤 전지는 실리콘 태양전지 위에 액체 페로브스카이트 원료를 올려 만드는 제조 공정 특성상 실리콘 전지 표면이 매끈해야만 하기 때문이다. 연구팀이 개발한 다기능
30일 세계 에너지 신산업 투자 & 미래전략 컨퍼런스 개최 세계 태양에너지 엑스포, 6월 29일부터 7월 1일까지 일산 킨텍스서 개최 태양광, 풍력 등 신재생에너지 산업의 현황과 향후 전망을 논의하는 장이 열렸다. 세계 에너지 신산업 투자&미래전략 컨퍼런스가 30일 킨텍스에서 개최됐다. 탄소중립산업포럼이 주최한 이번 컨퍼런스에서는 건국대학교 박종배 교수, 한화투자증권 전우제 애널리스트, 신한금융투자 함형도 애널리스트, 유진투자증권 이재일 애널리스, 에너지경제연구원 이유수 본부장, 김앤장 김동수 ESG경영연구소장 등이 발표자로 나서 에너지 산업의 전망과 투자전략에 대한 이야기를 들려줬다. 건국대학교 박종배 교수는 "우리나라는 세계 10위 에너지 다소비국이면서 저효율 소비국"이라면서 "에너지소비의 62%가 산업부문에 있는 만큼, NDC 및 탄소중립 달성을 위해선 산업 부문의 에너지 효율화가 반드시 필요하다"고 지적했다. 아울러 박 교수는 "도매 전력시장, 소매 전기요금은 20년 전 모습을 유지하고 있다"면서 "신재생 등에 한해 소비자 사이 직거래 허용 등 규제 완화에 대한 검토가 필요하다"고 언급했다. 한화투자증권 전우제 애널리스트는 "최근 원자력
KAIST 기계공학과 이강택 교수 연구팀이 포스텍 한정우 교수, 한국세라믹기술원 신태호 박사팀과의 공동 연구를 통해 양방향 고체산화물 연료전지(SOFC)용 고성능 전극 소재 개발에 성공했다고 21일 밝혔다. 양방향 고체산화물 연료전지는 고온에서 수소와 산소를 자발 반응시켜 고효율로 전력으로 변환하고, 전기를 가하면 청정 수소와 같은 친환경 에너지원을 생산할 수 있는, 탄소중립 사회를 위한 차세대 에너지 변환 기술이다. 이러한 양방향 연료전지의 전기화학적 성능을 높이기 위해서 가역반응에서 전극의 촉매 성능을 획기적으로 높이는 것이 중요하며, 이를 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 그중 다공성 연료극 구조체 표면에 고성능 나노 금속 촉매를 입히는 기존 함침법의 경우 반응점을 늘리기 위해서 반복적인 증착 공정을 수행해야 하고, 고온 장기 구동 시 응집 현상으로 인한 촉매 활성도가 저하되는 한계를 갖고 있다. 연구팀은 이러한 문제점 해결을 위해 연료전지가 작동하는 환경에서, 전극 표면에 금속합금 나노촉매가 자발적으로 형성되는 용출(exsolution) 현상을 활용한 전극을 디자인했다. 연구팀은 금속합금 나노촉매 형성을 촉진하기 위해 기존 코발타이트계 산화물 구조
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UPDATE: 2024년 04월 18일 19시 58분
