DGIST 양자점 효율 ↑ 성능 유지
KAIST 광변환 효율 26.7% 달성
KAIST 광변환 효율 26.7% 달성
DGIST 제공
국내 연구진 주도로 차세대 태양전지의 상용화를 앞당길 기술이 잇따라 개발됐다. 새로운 광전자 소재를 적용해 태양전지 상용화의 최대 난제인 광변환 효율을 획기적으로 높여 미래 태양전지 실현에 성큼 다가서고 있다.
대구경북과학기술원(DGIST) 최종민 교수와 캐나다 토론대 연구팀은 공동으로 차세대 태양전지로 각광받고 있는 '양자점 태양전지'의 효율 저하를 막고 안정적으로 성능을 유지하는 기술을 개발했다고 30일 밝혔다.
양자점은 빛 흡수 능력이 우수하고, 넓은 영역의 빛을 흡수할 수 있어 차세대 태양전지의 핵심 소재로 주목받고 있다. 특히 가볍고 유연하며 공정 비용이 저렴해 현재 상용화된 실리콘 태양전지의 단점을 대체할 수 것으로 평가받고 있다.
하지만, 태양전지 출력을 최대로 높이더라도 실제 구동환경에서 작동하는 양자점 태양전지는 거의 없었다. 양자점 표면의 요오드 이온이 산화돼 소자 효율이 떨어져 안정적인 구동이 어렵기 때문이다.
연구팀은 칼륨을 포함한 리간드 치환방법을 개발해 양자점 표면이 산화되는 것을 억제해 실제 구동환경에서 300시간 동안 80% 이상의 초기 효율을 유지하는 소자를 구현하는 데 성공했다. 이 연구결과는 국제 학술지 '어드밴스드 머터리얼스(지난달 20일자)'에 실렸다.
최종민 DGIST 교수는 "이번 연구는 양자점 태양전지가 실제 구동환경에서 보다 안정적으로 작동하는 것을 규명한 것으로, 향후 상용화를 앞당기는 데 기여할 것"이라고 말했다.
양자점 태양전지와 함께 미래 태양전지로 불리는 '페로브스카이트 태양전지'의 상용화 가능성을 높일 수 있는 기술을 국내 연구진이 확보했다.
KAIST 제공
KAIST 신병하 교수 연구팀은 미국 연구팀과 함께 유·무기 페로브스카이트 물질을 실리콘 태양전지에 적층해 광변환 효율을 높인 '고효율 페로브스카이트-실리콘 탠덤 태양전지'를 개발했다.
기존 단일 태양전지로 30% 효율을 넘을 수 없다는 '쇼클리-쾨이저 이론'을 극복한 연구성과라는 점에서 주목된다. 탠덤 태양전지는 서로 다른 두 종류 이상의 태양전지를 직렬로 쌓아 올려 만든 전지로, 단일 태양전지에 비해 흡수하는 빛 영역이 넓어 최대 45%에 가까운 이론 효율을 내는 것으로 알려져 있다.
부도체·반도체·도체의 성질은 물론 초전도 현상까지 갖는 페로브스카이트는 빛, 수분, 산소 등 외부 환경에 민감하게 반응하는 낮은 안정성 때문에 고품질 소자를 합성하는 데 어려움이 있었다.
연구팀은 새로운 음이온을 포함한 첨가제를 넣어 페로브스카이트 박막 내부의 전기적·구조적 특성을 개선해 광변환 효율이 20.7%에 달하는 페로브스카이트 물질을 실리콘 태양전지에 쌓아 올려 '탠덤 태양전지'를 만들었다.이 연구결과는 국제 학술지 '사이언스(지난 26일자)' 온라인판에 실렸다.
신병하 KAIST 교수는 "실리콘 태양전지와의 이종 접합구조를 통해 페로브스카이트 태양전지 기술의 상용화를 앞당길 수 있음을 보여준 연구결과로, 향후 30% 이상의 초고율 탠덤 태양전지 구현에 기여할 것"이라고 말했다.
이준기기자 bongchu@dt.co.kr
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