하이브리드 태양전지 개발.. 효율 18%까지 끌어올려

개발된 무기 페로브스카이트 기반 탠덤 태양전지의 구조와 성능

[아시아경제 황준호 기자] 무기 페로브스카이트 태양전지의 광전변환효율을 18%까지 끌어 올린 기술이 개발됐다. 이 태양전지의 상용화 분기점인 20%에 가까운 효율이다. 차세대 태양전지 상용화에 기반이 될 기술이 될 것으로 예상된다.

장성연 울산과학기술원 에너지화학공학과의 장성연 교수의 연구팀은 이종 하이브리드 태양전지를 개발해, 관련 논문이 국제 학술지인 '어드밴스드 에너지 머티리얼스'에 실렸다고 22일 밝혔다.

연구팀은 무기 페로브스카이트 태양전지와 성질이 다른 고분자 태양전지를 상하로 직렬 연결한 '1+1 탠덤 구조'를 가진 전지를 개발했다. 페로브스카이트 단위 전지는 태양광 가시광선 영역을, 고분자 소재 단위 전지는 근적외선 영역을 흡수한다. 장 교수는 "광학시뮬레이션을 통해 상호보완적인 태양광 흡수 영역을 갖는 페로브스카이트와 고분자 소재를 각각 디자인하고, 두 개의 단위 전지를 결합할 때 발생하는 '전압 손실'을 최소화해 효율을 높였다"고 설명했다.

무기 페로브스카이트 태양전지는 광흡수 소재(광활성층)로 무기물 페로브스카이트를 쓴다. 일반 유·무기물 혼합 페로브스카이트 소재보다 열에 대한 안정성이 훨씬 우수하고 구조적으로 안정적이다. 하지만 효율이 떨어지는 것이 단점이었다.

특히 연구팀이 개발한 전지는 전체 제조 공정을 '저온용액공정법'을 통해 손쉽게 제조할 수 있다. 액체(용매)에 전지재료를 분산시킨 뒤 인쇄하듯 찍어내는 방식이다. 기존 실리콘 태양전지보다 대량생산에 유리하고, 제조비용도 저렴하다. 장성연 교수는 "이번에 개발된 하이브리드 탠덤 태양전지는 각 소재가 갖는 장점을 최대치로 끌어내는 기술이 적용됐다"며 "이를 통해 향후 28% 이상의 고효율·고안정성 무기 페로브스카이트 기반 태양전지를 개발할 수 있을 것"이라고 기대했다.

장성연(우단) 교수 연구팀

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr