세계 최고 효율 나타내는 태양전지 개발

성균관대 연구팀, 무기·유기물 하이브리드 합성 통해 내놓아

▲이번에 페로브스카이트 태양전지의 태양광 파장에 따른 응답도와 기존 인증 소자의 응답도 비교.[사진제공=성균관대]

[아시아경제 정종오 기자] 세계 최고 효율을 보이는 태양전지가 개발돼 관심을 모으고 있다.

성균관대학교(총장 정규상) 에너지과학과 석상일교수(한국화학연구원 겸직) 연구팀이 무기·유기물의 하이브리드 합성을 통해 세계 최고 효율을 나타내는 경제적 태양전지 소재기술을 개발했다. 연구팀은 태양전지 플랫폼 구조와 균일한 페로브스카이트 박막제조 공정을 기반으로 태양광을 흡수하는 파장 대역을 늘리면서 결정 구조의 안정성을 높이는 고효율의 페로브스카이트 태양전지 기술 개발에 성공했다.

효율 18.4%의 태양전지를 제조할 수 있고 추가적 연구에 의해 미국재생에너지연구소가 공인하는 페로브스카이트 태양전지 효율 차트에서도 가장 높은 20.1%로 공식 등재됐다. 미국 재생에너지연구소(NREL, National Renewable Energy Laboratory)는 태양전지와 같은 신 재생에너지를 연구하는 미국의 대표적 국가 연구 기관이다.

연구팀은 무기물과 유기물이 혼합된 페로브스카이트 구조를 갖는 물질을 이용한 태양전지에 저가의 화학소재를 저온 코팅하는 방법을 썼다. 복잡한 공정과 고가의 장비를 통해 제조되는 기존 실리콘 단결정계 태양전지나 박막형 태양전지의 효율과 맞먹는 효율을 보였다

석상일 교수는 "저가공정으로 개발된 기존 태양전지의 효율성 한계를 극복할 수 있는 공정기술을 개발한데 의미가 있다"며 "앞으로 대면적 연속공정 기술과 높은 안정성을 보유한 원천기술 개발을 통해 실용화가 이뤄질 수 있을 것"이라고 내다봤다.

이번연구는 성균관대학교 석상일 교수(한국화학연구원 겸직)가 주도하고 화학연 전남중, 노준홍 박사가 공동 제1저자로 참여했다. 연구결과는 국제학술지 네이처(Nature) 1월 7일자(현지시각) 온라인판(논문명 : Compositional engineering of perovskite materials for high-performance solar cells-고성능 태양전지 제작을 위한 패브로스카이트 합성 공정)에 실렸다.

한편 무·유기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지는 값싼 무기물과 유기물이 결합해 페로브스카이트 결정 구조를 가지면서도 화학적으로 쉽게 합성되는 소재를 이용해 만든 태양전지를 말한다. 페로브스카이트(perovskite)는 부도체·반도체의 성질은 물론 초전도 현상까지 보이는 특별한 구조의 물질로 AMX3 화학식을 갖는 구조체(A, M은 양이온, X는 음이온, 발견자인 러시아 과학자 페로브스키를 기념해 이름붙임)를 말한다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr