화학연, 세계 최고 효율 `페로브스카이트 태양전지` 개발

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화학연, 세계 최고 효율 `페로브스카이트 태양전지` 개발
국내 연구진이 페로브스카이트 태양전지의 효율을 20.1%까지 끌어올리는 새로운 공정기술을 개발했다.

석상일 한국화학연구원 박사(사진)는 '화학분자 교환법'이라는 새로운 제조공정을 통해 세계 최고 효율의 페로브스카이트 태양전지를 개발했다고 22일 밝혔다.

페로브스카이트는 부도체, 반도체, 도체의 성질은 물론 초전도 현상까지 보이는 특별한 구조체로, 이를 활용해 만든 태양전지는 기존 실리콘 태양전지보다 제조 단가가 저렴해 주목받고 있다.

연구팀은 페로브스카이트 태양전지의 효율 향상을 위해 '화학분자 교환법' 공정을 개발했다. 화학분자 교환법은 서로 다른 화학분자가 순간적으로 교환될 수 있는 공정으로 결함이 적고 결정성이 우수한 화학물질을 제조할 수 있다.

연구팀은 고품질의 페로브스카이트 구조를 갖는 물질인 'FAPbI3'을 제조하기 위해 'PbI2(DMSO)' 막을 우선 형성한 후 이 화합물의 'DMSO' 분자를 'FAI'와 순간적으로 교환해 페로브스카이트 구조를 형성시켰다. 이 구조는 층간에 DMSO가 삽입되면서 기존의 막보다 넓은 층간 간격을 만들어 페로브스카이트 제조시 발생하는 부피팽창 문제를 해결, 태양광을 더 효과적으로 흡수할 수 있는 고품질의 박막을 제조할 수 있다. 또한 용액공정을 이용해 대규모로 제작할 수 있는 장점이 있다.

이 공정을 통해 제작된 태양전지는 상용화된 실리콘 태양전지와 비슷한 에너지 변환효율 20.1%를 나타냈으며, 미국 재생에너지연구소(NREL)에서 공식 인증받았다.

석상일 박사는 "개발된 공정 기술은 대규모 연속공정 기술에 쉽게 적용할 수 있어 빠른 상용화가 가능할 것으로 기대된다"고 말했다.

연구결과는 국제학술지 '사이언스'(Science)' 21일자 익스프레스판에 게재됐다.

백나영기자 100na@dt.co.kr

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