[과학을 읽다]태양전지 효율 UP! UP! UP!

페로브스카이트 최고효율 22.7% 달성

▲NREL에서 제공하는 세계 최고 효율 인증 기록 차트.[사진제공=화학연]

[아시아경제 정종오 기자] 페로브스카이트 태양전지와 관련해 최고효율 22.7%가 공식 기록됐습니다.

한국화학연구원은 페로브스카이트 태양전지 분야에서 세계 최고효율 22.7%을 기록해 미국재생에너지연구소(NREL)의 공식 인증을 받았다고 11일 발표했습니다. NREL은 태양전지와 같은 신 재생에너지를 연구하는 미국의 대표적 국가 연구 기관입니다.

서장원 화학연 박사 연구팀이 기록한 ‘페로브스카이트 태양전지 최고 효율(22.7%)’은 지난해 3월 얻은 22.1%의 효율을 약 1년여 만에 갱신한 성과입니다. 이전에는 페로브스카이트 소재 조성을 변화시키고 결함을 최소화해 효율을 높여왔다면 이번에는 태양전지 소자의 전압을 높이기 위한 연구를 수행해 태양전지 효율을 끌어올렸습니다.

태양전지 소자 효율은 단위 면적당 입사하는 빛 에너지와 태양전지 출력의 비율을 의미합니다. 소자 효율을 측정하는 항목에는 개방 전압, 단락전류밀도, 성능지수가 있습니다. 기존에는 이 세 항목 중 단락전류밀도와 성능지수를 향상시키는 데 초점을 뒀습니다. 이번에는 개방 전압을 높이는 연구를 진행했습니다. 전압이 높으면 태양전지의 효율이 향상됩니다.

차세대 페로브스카이트 태양전지 기술은 기후변화에 대응해 미래 신산업 창출이 가능한 태양광 후보 기술입니다. 값싸고 만들기 쉽고 유연하고 가볍다는 장점이 있습니다.

페로브스카이트 태양전지 최고효율(22.7%)은 기존 실리콘 태양전지에 버금(25~26%)가며 기존 박막 태양전지의 CdTe와 CIGS 태양전지의 최고 효율인 22.1%와 22.6%보다 높은 효율에 해당됩니다.

태양전지는 태양의 빛에너지를 전기에너지로 전환하는 장치로 빛을 흡수하는 반도체 소재는 그 종류에 따라 실리콘계, 화합물 반도체계, 유기계, 무·유기계 등으로 분류될 수 있습니다.

2세대 태양전지인 박막 태양전지는 특정 기판 위에 화합물 반도체 소재를 박막 형태로 증착하는 방식으로 제작합니다. 소재 종류에 따라, 카드뮴(Cd)과 텔로라이드(Te)로 구성된 CdTe 태양전지가 있습니다. 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se) 등으로 구성된 CIGS 태양전지로 나눌 수 있습니다.

서장원 박사는 “페로브스카이트 태양전지는 미래 신산업 창출이 가능한 핵심 태양광 기술인데 아직 안정성과 대면적 모듈 제조라는 해결해야 할 과제가 남아있다”며 “이를 해결해 높은 신뢰성을 확보하고 상용화 기술 개발에 앞장서겠다”고 말했습니다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr