UNIST, 태양전지 대량생산 문턱 낮춰…"대기 중 세계 최고 효율"

(울산=뉴스1) 김세은 기자 = 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 고효율 탠덤 태양전지의 대량생산에 필요한 계면 코팅 물질을 개발했다.

UNIST 에너지화학공학과 석상일 특훈교수·신소재공학과 최경진 교수팀은 사우디아라비아 KAUST 연구팀과 함께 3성분 물질을 이용한 전지 계면 코팅 물질을 개발했다고 11일 밝혔다.

'페로브스카이트·실리콘' 탠덤 태양전지는 페로브스카이트 전지와 실리콘 전지를 위아래로 쌓은 초고효율 전지다. 이는 기존의 실리콘 단일 구조 전지의 효율 한계를 넘어선 차세대 기술이다.

위쪽 페로브스카이트가 짧은 파장의 태양 빛을 먼저 흡수하고, 아래쪽 실리콘이 남은 빛을 흡수해 기존 실리콘 태양전지보다 효율이 높다.

연구팀이 개발한 물질은 페로브스카이트층을 올리기 전, 전극 표면에 먼저 깔리는 얇은 접촉 층이다.

이 층이 고르게 붙어야 그 위에 바르는 페로브스카이트 용액도 균일하게 퍼지고, 전하가 사라지는 결함인 전기 입자도 줄어든다.

기존에 쓰던 SAM 코팅층은 공기 중에 수분이 있으면 전극 위에 고르게 붙지 못하고, 페로브스카이트 용액을 바르는 과정에서도 쉽게 흐트러졌다.

연구팀의 3성분 물질은 기존 SAM 물질 외에도 GDMA와 AG가 더 들어 있다. GDMA는 코팅층이 전극 위에 고르게 퍼지고 열처리 뒤 단단히 붙도록 돕고, AG는 페로브스카이트와 맞닿는 부분의 결함을 줄이는 역할을 한다.

결함이 줄어들면 빛을 받아 생긴 전하가 중간에 소실되지 않고, 그만큼 전하가 전극으로 잘 이동해 태양전지의 효율과 전압이 높아진다.

이 물질을 적용한 탠덤 전지는 일반 대기 중에서 만들었는데도 31.72%의 효율을 냈다. 이는 대기 중 제조 탠덤 전지 중 세계 최고 효율이다.

또 보호 포장 없이 85도의 뜨거운 공기 중에 600시간을 방치한 뒤에도 처음 성능의 92% 이상을 그대로 유지했으며, 실제 태양광을 모방한 강한 빛을 1000시간 연속으로 쬔 후에도 90% 이상의 높은 효율을 지켜냈다.

이번 연구는 UNIST 김귀수 연구원, KAUST 아디 프라세티오(Adi Prasetio) 연구원, UNIST 노영임 연구원이 공동 제1 저자로 참여했으며, UNIST 석상일 특훈교수, 최경진 교수, KAUST 스테판 드 울프 교수가 공동 교신저자로 참여했다. 홍콩중문대 선전캠퍼스, 독일 율리히 연구소 연구진도 함께 참여했다.

최경진 교수는 "정부의 'K-문샷 프로젝트' 목표인 초격차 초고효율 다중접합 태양전지 개발과 궤를 같이하는 연구"라며 "차세대 태양광 상용화에 크게 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구 현대자동차, 과학기술정보통신부 한국연구재단(NRF), 산업통상자원부 한국에너지기술평가원(KETEP) 등의 지원을 받아 이뤄졌다. 연구는 광학·광자 공학 분야의 세계적 학술지 네이처 포토닉스(Nature Photonics)에 지난 1일 공개됐다.

syk000120@news1.kr