태양전지 소자 전압 향상을 위한 연구로 1년여만의 성과 창출
[Industry News 최홍식 기자] 한국화학연구원(이하 화학연)이 부도체와 반도체의 성질은 물론 초전도 현상까지 보이는 특벽한 구조 물질인 페로브스카이트 태양전지 분야에서 세계 최고효율인 27%를 기록해 미국재생에너지연구소(NREL : National Renewable Energy Laboratory)의 공식 인증을 받았다. 미국재생에너지연구소는 태양전지와 같은 신재생에너지를 연구하는 미국의 대표적 국가 연구기관이다.
화학연 서장원 박사 연구팀이 기록한 ‘페로브스카이트 태양전지 최고효율 27%는 2016년 3월에 얻은 22.1%의 효율을 약 1년여 만에 갱신한 성과다. 이전에는 페로브스카이트 소재 조성을 변화시키고 결함을 최소화해 효율을 높여왔다면, 이번에는 태양전지 소자의 전압을 높이기 위한 연구를 수행해 효율을 향상시켰다.
태양전지 소자 효율은 단위 면적당 입사하는 빛 에너지와 태양전지 출력의 비율을 의미한다. 소자 효율을 측정하는 항목에는 개방전압, 단락전류밀도, 성능지수가 있는데, 기존에는 이 세 항목 중 단락전류밀도와 성능지수를 향상시키는데 초점을 뒀다. 전압이 높으면 태양전지의 효율이 향상되는데 화학연구원은 이에 초점을 맞춰 개방전압을 높이는 연구를 진행했다.
기존 실리콘 태양전지의 효율에 버금가는 성능 확보
이번에 인정받은 페로브스카이트 태양전지 최고효율 27%는 기존 실리콘 태양전지의 25~26%에 버금가는 효율이며, 기존 박막 태양전지인 카드뮴·텔로라이드(CdTe) 태양전지의 최고효율인 22.1%와 CIGS 태양전지의 22.6%보다 높은 효율에 해당된다.
화학연은 이 분야에서 공식 인증기록을 다섯 번째 갱신했으며, 페로브스카이트 태양전지 고효율 분야를 선도하고 있다. 서장원 박사팀의 연구는 화학연의 주요사업과 ‘한국에너지기술평가원’과 ‘한국연구재단 글로벌 프론티어 사업(멀티스케일에너지시스템연구단)’의 지원을 받아 진행됐다.
연구를 주도한 화학연 서장원 박사는 “페로브스카이트 태양전지는 기후변화에 대응해 미래 신산업 창출이 가능한 핵심 태양광 기술이다. 저렴하고 만들기 쉽고 유연하며 가볍다는 장점이 있지만 안정성과 대면적 모듈 제조라는 해결과제가 아직 남아있다”며, “이를 해결해 높은 신뢰성을 확보하고, 상용화 기술개발에 앞장서겠다”고 포부를 밝혔다.
화학연 정순용 원장 직무대행은 “한국화학연구원은 2012년부터 본격적으로 페로브스카이트 소재를 이용해 연구를 진행해왔다”며, “현재 페로브스카이트 태양전지의 효율을 더욱 높이기 위해, 원천소재, 공정 및 소자 구조와 관련한 기술을 세계적으로 선도하고 있다”고 밝혔다.
