최신 국제학술지 표지논문 선정
대면적에서도 효율, 안정성 유지
기업이전 후 대량생산 기여 기대
정의혁 한국에너지공과대 교수와 전남중 한국화학연구원 책임연구원 공동연구진이 수행한, 산성도 조절에 따른 주석산화물 표면공학을 이용한 면적당 소자 효율 및 구동 안정성 테스트 결과(왼쪽). 이 연구는 '어드밴스드 에너지 머티리얼스' 2024년 7월 14권 25호(오른쪽) 표지 논문으로 실렸다. 정 교수 제공
국내 연구진이 차세대 태양전지로 주목받는 페로브스카이트1 태양전지 모듈의 대량생산 기술 개발에 성공했다.
과학기술정보통신부는 16일 정의혁 한국에너지공과대 교수와 전남중 한국화학연구원 책임연구원 공동연구진이 고품질 전자 수송층 구현을 통한 고성능 페로브스카이트 모듈 개발에 성공했다고 밝혔다. 이번 연구성과는 지난 6일 발간된 국제학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼스’ 표지 논문으로 선정됐다.
페로브스카이트 태양전지는 실리콘으로 만든 기존 태양전지에 비해 유연화, 경량화가 쉽고 원가가 낮아 경제성이 높다. 용액 공정 기반으로 제작이 가능하기 때문에 신문을 인쇄하듯 넓은 면적으로 생산(대면적화)이 가능하다는 점에서 주목을 받고 있다. 이에 올해 미국 MIT테크놀로지 리뷰에서도 10대 혁신 기술 중 하나로 선정했다.
페로브스카이트 태양전지 기술은 최근 10년간 발전을 거듭해 단위소자(0.1㎠ 이하 면적) 기준에서는 기존 실리콘 태양전지 효율에 버금가는 광전 변환 효율(26.1%) 수준을 보여주고 있다. 다만 대면적 모듈에서는 효율이 낮고 불안정성이 커졌다. 고효율 페로브스카이트 태양전지 전자 수송층에 사용하는 산화주석(SnO2) 나노입자 분산액을 대면적에 적용할 때 낮은 점도 때문에 결함이 제어되지 못해서다.
연구진은 산화주석 나노입자 분산액의 산성도를 조절해 최적의 점도를 확보한 균일한 전자수송층을 형성하고, 전기적 결함을 제어하는 기술을 개발해 대면적 모듈에서도 종전보다 우수한 효율과 높은 안정성을 보이는 태양전지를 제작했다. 연구진에 따르면 이렇게 만들어진 모듈은 24.5㎠(미니모듈)와 214㎠(서브모듈)로 면적이 커져도 각각 광전 효율 20.3%, 19%를 기록했다. 섭씨 온도 85도와 상대습도 85%의 극한 환경과 실외 자연광 환경 등 다양한 조건에서도 장기간 안정성을 보였다.
이번에 개발된 기술은 페로브스카이트 소재 관련 기업으로 이전될 계획이며, 추후 대량 생산을 통한 상용화로 이어질 것으로 보인다. 정 교수와 전 연구원은 “대면적화의 한계를 극복할 수 있는 기술을 개발해 페로브스카이트 모듈 상용화에 적극 활용될 수 있을 것으로 기대한다’고 말했다.
- 1 페로브스카이트
- 부도체, 반도체, 도체의 성질은 물론 초전도 현상까지 보이는 특별한 구조의 금속산화물로, 차세대 태양전지 소재로 사용됨.
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