석상일 울산과학기술원(UNIST) 교수 주도의 연구로 개발한 효율 22.1% 기록한 차세대 태양전지인 페로브스카이트 태양전지의 단위 셀. 2017.6.30 [UNIST 제공=연합뉴스]
주인공은 박남규 성균관대 화학공학부 교수로, '페로브스카이트 태양전지' 발전에 공헌했다고 평가했다.
'페로브스카이트'(perovskite)는 광물인 칼슘티타네이트(CaTiO₃)와 같은 구조를 갖는 화합물을 통틀어 일컫는 말이다.
이미 19세기부터 알려진 이 물질이 태양전지에 적용된 것은 2009년의 일이다. 일본 연구진이 처음 개발했지만, 당시 효율은 3∼4%에 불과해 주목받지 못했다.
효율을 획기적으로 끌어올리며 이를 태양전지 계의 '차세대 주자'로 등판시킨 연구자가 박남규 교수다. 박 교수는 액체 전해질 대신 고체 홀전도체를 사용, 안정적으로 구동하는 페로브스카이트 태양전지를 구현했다. 박 교수가 구현한 태양전지는 2012년 9.7%의 효율을 기록했다.
울산과학기술원(UNIST)의 석상일 특훈교수는 페로브스카이트 태양전지의 효율을 2015년 20% 이상으로 끌어올린 데 이어, 올해는 22.1%까지 높였다. 이는 현재 상용화된 실리콘 태양전지의 효율인 25.3%에 근접하다.
페로브스카이트 태양전지가 '차세대 태양전지'로 꼽히는 이유는 현재 상용화된 실리콘 태양전지보다 저렴하게 만들 수 있기 때문이다. 실리콘보다 값싼 원료를 사용할 뿐 아니라 고가의 진공 장비가 필요 없어 설비비용이 그만큼 줄어든다.
학계에서는 페로브스카이트 태양전지의 제조 비용이 인건비를 포함하더라도 실리콘 태양전지의 절반 이하 수준일 것으로 전망하고 있다.
하지만 페로브스카이트 태양전지가 상용화되려면 '내구성' 문제를 극복해야 한다. 실생활에서 태양전지로 쓰려면 수년간 안정하게 구동돼야 하지만, 페로브스카이트 전지는 빛이나 고온에 장시간 노출되면 효율이 급격히 떨어진다는 문제가 있다. 대면적 모듈을 제조할 수 있는 공정도 개발돼야 하는 상황이다.
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