에너지연, '이중구조 전자수송층' 개발
두께 얇고 균일해 저온서 쉽게 제조 가능
대면적서 최대 21.66% 효율..상용화 '한 발'
두께 얇고 균일해 저온서 쉽게 제조 가능
대면적서 최대 21.66% 효율..상용화 '한 발'
에너지연 제공
한국에너지기술연구원은 김동석 박사 연구팀이 대면적 페로브스카이트 태양전지의 낮은 효율을 획기적으로 개선할 수 있는 '이중구조 전자수송층'을 개발했다고 21일 밝혔다.
페로브스카이트 태양전지는 용액 공정으로 값싸고 손쉽게 제조할 수 있어 차세대 태양전지로 주목받고 있다. 그동안 소면적 소자의 효율 향상을 위한 연구가 활발하게 진행돼 왔으나, 상용화를 위해선 고효율 대면적으로 제조하기 위한 기술개발이 요구돼 왔다.
우리나라는 페로브스카이트 태양전지 분야에서 25.7%의 세계 최고 기록과 최고 기술을 확보하고 있는데, 이는 0.1㎠ 이하의 소면적 셀에 한정돼 있었다.
고효율 대면적 페로브스카이트 태양전지를 제조하려면 전자수송층을 얇고 균일하게 형성하는 것이 중요하다. 두께가 얇을수록 빛을 잘 통과시키기 때문에 높은 전류값을 구현할 수 있고, 균일하지 못한 전자수송층은 대면적 모듈 제조 시 효율의 떨어 뜨리는 원인으로 작용한다.
연구팀은 화학용액 증착법으로 제조한 산화주석에 산화타이타늄으로 치밀막을 형성한 뒤, 산화주석 나노입자를 균일하게 도포하는 이중 코팅 방식으로 이중구조 전자수송층을 개발했다. 이 전자수송층은 전하의 재결합을 억제하고, 빛 흡수율을 획기적으로 높여 고효율 태양전지를 구현할 수 있다.
연구팀은 이중구조 전자수송층을 페로브스카이트 태양전지에 적용해 0.1㎠ 이하 소면적에서 25.72% 효율로 비공인 세계기록을 달성했으며, 국제공인인증기관에서도 25.4%의 효율을 보였다.
또한 25㎠, 64㎠ 크기에서는 각각 21.66%, 20.55% 공인인증 효율을 기록해 각 면적에서 모두 세계 최고 수준의 변환효율을 확보했다. 이보다 한참 큰 200㎠ 서브 모듈에 적용했을 때도 18% 이상의 효율을 나타냈다고 연구팀을 설명했다.
김동석 박사(울산차세대전지연구개발센터장)는 "제조 시간이 매우 짧으며 150도 이하에서 모든 공정이 가능하고, 대면적에 적용해도 급격한 효율 저하가 없어 페로브스카이트 태양전지의 상용화에 한 발 다가서는 계기가 될 것"이라고 말했다.
이 연구결과는 국제 학술지 '사이언스(21일자)'에 실렸다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr
에너지연 제공
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