차세대 페로브스카이트 태양전지 실용화 효율 신기록 달성

에너지연, 25·64㎠ 면적서 최고 효율 보여
한국 ‘단거리’ 신기록 이어 ‘중거리’도 선두

상용화를 위한 대면적 페로브스카이트 태양전지 모식도. 한국에너지기술연구원 제공

한국은 차세대 태양전지인 ‘페로브스카이트 태양전지’에서 세계 선두를 달리고 있다. 현재 최고 효율인 25.7%도 울산과학기술원(유니스트)가 세운 기록이다. 하지만 페로브스카이트 태양전지를 상용화하려면 넘어야 할 벽이 있다. 200㎠ 이상의 대면적으로 제조하면서도 높은 효율을 유지하는 것이다. 실험실 최고 효율은 대부분 0.1㎠ 이하의 소면적 셀에서 달성한 것들이다.

한국에너지기술연구원(에기연) 연구팀이 대면적 페로브스카이트 태양전지의 낮은 효율을 획기적으로 개선할 수 있는 기술을 개발했다. 연구팀 논문은 과학저널 <사이언스> 20일(현지시각)치에 실렸다.

김동석 에기연 울산차세대전지연구개발센터장은 “페로브스카이트 태양전지를 대면적으로 제조하면서 효율을 높이려면 전자수송층을 얇고 균일하게 형성하는 것이 중요하다. 연구팀은 두께가 얇고 균일하면서 저온에서도 제조할 수 있는 전자수송층을 개발했다”고 밝혔다. 전자수송층 제조에 가장 많이 사용되는 산화주석과 산화타이타늄 박막을 이중으로 코팅하는 것이 핵심 기술이다. 이렇게 형성된 전자수송층은 전하의 재결합을 억제하고, 빛 흡수율은 획기적으로 높였다.

연구팀은 이 기술을 적용한 페로브스카이트 태양전지로 25㎠와 64㎠ 면적의 서브모듈에서 각각 21.66%와 20.55%의 효율을 냈다. 국제공인인증기관(뉴포트)에서 공인한 세계 기록이다. 0.1㎠ 이하의 소면적에서는 25.72%의 세계 기록을 세웠지만, 비공인이다. 한국의 페로브스카이트 태양전지가 ‘단거리’에서뿐만 아니라 ‘중거리’에서도 신기록 행렬을 이어가고 있는 셈이다.

200㎠ 이상의 대면적에서의 세계 기록은 일본 파라소닉이 802㎠의 대면적에서 세운 17.9%이다. 김동석 센터장은 “연구팀은 200㎠의 대면적에서 비공인이지만 18%의 세계 최고 효율을 냈다. 연구팀이 새로 개발한 기술은 향후 대면적 페로브스카이트 태양전지의 상용화에 핵심기술이 될 것으로 기대한다”고 말했다.

김동석 센터장(가운데) 등 한국에너지기술연구원 울산차세대전지연구개발센터 페로브스카이트 태양전지 연구팀. 한국에너지기술연구원 제공

이근영 기자 [e-mail]