KIST, '특수 첨가제' 개발..균일한 박막 형성
높은 습도에도 성능 유지, 제조비용 절감 기여
여름철 습기 등 외부 환경에 영향을 받지 않고 균일한 성능을 태양전지를 제작할 수 있는 용액공정 기술이 개발됐다.
한국과학기술연구원(KIST)은 손해정 박사 연구팀이 계절과 습도에 상관없이 균일하게 고효율 태양전지를 제작할 수 있는 용액공정 기술을 개발했다고 10일 밝혔다.
용액공정 태양전지는 결정질 실리콘 기반 태양전지와 비교해 제작 비용이 상대적으로 저렴해 낮은 비용으로 대량 생산하기에 적합하다.
하지만 습도에 민감해 여름철이나 습한 날에는 성능이 저하되고, 불균일한 성능을 갖는 한계가 있다.
이를 보완하기 위해 실험실 수준에서 글러브 박스나 드라이 룸과 같은 저습도 환경을 조성하고 용액공정을 진행하지만, 추가 비용이 들어 상용화에 걸림돌이 돼 왔다.
연구팀은 태양전지 소재의 용액이 골고루 퍼질 수 있도록 흐름을 조절하는 특수 첨가제를 개발했다. 이 첨가제는 습도 변화에 따라 발생하는 광활성층 용액의 흐름의 불균형을 잡아줘 박막이 균일하게 형성되도록 돕는다. 태양전지를 만들 때 박막을 균일하게 형성해야 주변 습도에 영향을 받지 않고 일정한 성능을 유지할 수 있다.
연구팀은 습도가 높아지면 기판의 표면에너지가 변하고, 이로 인해 용액 흐름이 달라져 박막의 나노 구조가 변형되는 것을 확인했다. 개발된 첨가제를 태양전지 용액공정에 적용한 결과, 여름철 높은 습도와 겨울철 낮은 습도 환경에서 성능 편차가 ±2% 이내로 안정됐으며, 발전 효율도 기존 15.1%에서 16.3%로 높아졌다. 이는 날씨나 계절에 관계없이 성능을 안정적으로 유지할 수 있고, 더 작은 크기로 더 많은 전기를 생산할 수 있음을 입증한 결과라고 연구팀은 설명했다.
아울러 고가의 추가 설비 없이 대면적 태양전지를 안정적으로 제조할 수 있어 비용 절감과 생산 효율 향상에 기여할 수 있을 전망이다.
손해정 KIST 박사는 "이번 연구는 습도 변화로 인해 성능이 들쭉날쭉하던 재현성 문제를 해결해 제작 비용 절감과 안정적인 생산에 기여한 성과"라며 "앞으로 적층형 태양전지에 접목해 초고효율 모듈 개발을 추진할 계획"이라고 말했다.
이 연구결과는 국제 학술지 '줄(지난 4월 18일)'에 실렸다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr
KIST가 습기에 상관없이 고효율 태양전지를 제작할 수 있게 개발한 특수 첨가제 개념도. KIST 제공
한국과학기술연구원(KSIT) 연구진이 습도에 영향을 받지 않는 고효율 대면적 유기 태양전지를 특수 첨가제를 적용해 제작하고 있다. KIST 제공
