에너지연, 차세대 탠덤 태양전지 세계 최고 공인 효율 달성

(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 한국에너지기술연구원은 태양광연구단이 페로브스카이트/CIGS 탠덤 태양전지 분야에서 26.7%의 세계 최고 공인 효율을 달성했다고 1일 밝혔다.

이 성과는 독일 프라운호퍼 태양에너지시스템연구소(ISE)로부터 공식 인증을 받았으며, 미국 국립록키연구소(NLR)가 발표하는 태양전지 유형별 최고 효율 기록표에도 세계 최고 기록으로 등재됐다.

지난해 서울대학교·한국과학기술연구원(KIST) 공동연구팀이 26.3%로 세계 최고 효율을 달성한데 이어, 국내 연구진이 같은 분야에서 다시 한번 세계 신기록을 갈아치운 성과다.

탄소중립 실현 및 차세대 에너지 산업 육성을 위해 기존 실리콘 태양전지의 효율 한계를 극복할 수 있는 초고효율 탠덤 태양전지 기술 개발 필요성이 높다.

현재 가장 널리 사용되는 실리콘 태양전지는 기술적으로 이미 성숙해 하나의 소재만으로 효율을 계속 끌어올리는데 물리적 한계가 있다.

이에 서로 다른 특성을 가진 태양전지를 층층이 겹쳐 태양 빛을 폭넓게 활용하는 탠덤 태양전지가 차세대 고효율 태양광 기술로 주목받고 있다.

에너지연 연구진이 개발한 페로브스카이트/CIGS 탠덤 태양전지는 위쪽에 페로브스카이트 태양전지, 아래쪽에 CIGS 태양전지를 배치해 서로 다른 파장대의 태양 빛을 나누어 흡수하는 구조다. 두 소재 모두 얇은 막 형태로 제작할 수 있어 높은 효율은 물론 가볍고 유연하게 만들 수 있다는 강점을 동시에 지닌다.

그러나 두 태양전지를 하나로 결합하는 과정에서 페로브스카이트 광 흡수층이 열화될 수 있고, 일부 구성층이 빛을 불필요하게 흡수해 성능이 저하될 수 있다.

에너지연 연구진은 손실 원인을 여러모로 분석해 페로브스카이트의 손상을 줄일 수 있는 계면층 소재와 공정 기술을 개발했다. 또 상부 투명전극과 전하수송층의 구조를 최적화해 불필요한 빛 흡수를 줄이고 광전류 손실을 최소화하는데 성공했다.

이를 통해 연구실 기준 27%의 효율을 달성, 프라운호퍼 ISE로부터 26.7%의 공인 효율을 인증받았다.

이번 기술은 같은 면적에서 더 많은 전기를 생산할 수 있어 태양광 발전의 활용 범위를 넓힐 것으로 기대된다. 특히 가볍고 유연한 박막 구조로 제작할 수 있어 건물, 자동차는 물론 무게와 설치 면적이 중요한 소형 위성과 우주 데이터센터 등 미래 우주산업의 전력원으로도 활용 가능성이 높다.

연구를 주도한 정인영 선임연구원은 "세계적인 인증기관에서 효율을 확인받고 최고 효율로 등재된 것은 우리 기술의 경쟁력을 객관적으로 인정받은 결과"라고 강조했다.

해당 성과는 한국에너지기술연구원 기본사업과 과학기술정보통신부 무탄소에너지핵심기술개발사업 등의 지원을 받아 수행됐다.

jongseo12@news1.kr