고효율 태양전지…값싸고 손쉽게 만든다

국내 연구팀, 페로브스카이트 태양전지 효율 20.1%까지 끌어올려

▲국내 연구팀이 페로브스카이트 태양전지의 효율을 20.1%까지 끌어올렸다.[사진제공=미래부]

[아시아경제 정종오 기자] 고효율 태양전지를 값싸고 손쉽게 만들 수 있는 길이 열렸다.

국내 연구팀이 페로브스카이트 태양전지의 효율을 20.1%까지 끌어올리는 새로운 공정기술을 개발해 관심을 모으고 있다. 페로브스카이트 태양전지는 기존 실리콘 태양전지보다 제조 단가가 저렴해 각광받고 있는 차세대 태양전지를 말한다.

연구팀은 2012년부터 무기물과 유기물을 화학적으로 합성한 태양전지 소재 연구를 시작했다. 기존 페로브스카이트 태양전지보다 고효율의 소재(광전변환 효율: 18.4 %, 공식 인증 효율: 17.9 %)를 합성하는데 성공한 바 있다. 올해 1월 네이처(Nature)지에 신규 페로브스카이트 조성을 설계하고 합성하는 연구 결과를 발표했다.

연구팀은 1월 개발한 페로브스카이트 태양전지의 추가 효율 향상을 위해 '화학분자 교환법'이라는 새로운 방식의 제조 공정을 개발했다. 이를 이용해 태양광을 더 효과적으로 흡수할 수 있는 고품질 박막을 제조할 수 있었다.

화학분자 교환법은 서로 다른 화학분자가 순간적으로 교환될 수 있는 공정을 말한다. 결함이 적고 결정성이 우수한 화학물질을 제조하는 방법이며 용액공정을 이용해 대규모로 제작할 수 있는 장점이 있다.

이번에 개발된 공정을 통해 제작된 태양전지는 상용화된 실리콘 태양전지와 비슷한 에너지 변환효율인 20.1%를 나타냈다. 미국 재생에너지연구소(NREL)로부터 공식 인증 받았다.

한국화학연구원 석상일 박사(성균관대학교 에너지과학과 교수 겸직)가 주도하고 양운석 박사과정, 노준홍 박사가 공동 제1저자로 참여했다. 연구 결과는 국제학술지 사이언스(Science) 21일자(현지시각) 익스프레스(Express, 논문명: High-Performance Photovoltaic Perovskite Layers Fabricated through Intramolecular Exchange)판에 실렸다.

석상일 박사는 "세계적으로 이슈가 되고 있는 미래 신재생 에너지 경쟁에서 선두를 점할 수 있는 원천기술을 국내에서 개발했다는 데 의미가 있다"며 "이번 개발된 공정 기술은 대규모 연속공정 기술에 쉽게 적용할 수 있어 빠른 상용화가 가능할 것으로 기대된다"고 말했다.