UNIST 석상일 교수팀, 이종 소재 이용한 연결층 형성법 발견
[이투뉴스] 국내 연구진이 다른 종류의 소재를 연결하는 방법으로 세계 최고 수준의 효율인 25.8%로 태양광셀을 개발했다.
울산과학기술원(UNIST)은 21일 석상일 에너지화학공학과 특훈교수팀이 박막 태양광셀 구성층 사이에 집중된 결함을 최소화할 수 있는 중간층 생성원리를 밝혀내고, 이를 박막 태양광셀의 일종인 페로브스카이트에 적용해 25.8% 효율의 전지를 개발했다고 밝혔다.
연구팀에 따르면 이번에 개발한 태양광셀은 논문으로 공식 보고된 것 중 세계 최고효율로, 미국 재생에너지연구소에서 인증받은 공인기록인 25.5%보다 높다.
페로브스카이트는 기존 실리콘셀과 달리 가볍고 유연하며, 용액 공정으로 값싸게 만들 수 있어 차세대 태양전지로 꼽힌다. 이를 통해 태양광 스펙트럼을 흡수하고, 높은 전압을 발생할 수 있는 탠덤 태양광셀 개발이 가능하다.
연구팀은 중간층에 박막형태의 이종 소재를 무결점으로 연결하는 완충재를 형성해 결함을 획기적으로 줄였다. 이를 통해 박막 태양광셀의 전력 생산효율과 안정성을 동시에 높였다.
결함은 내구성뿐 아니라 전자흐름을 방해해 효율도 떨어뜨린다. 특히 구성원소와 원자가 배열된 모양 자체가 다른 이종 소재가 맞닿는 지점에서는 배열이 찌그러져 원자가 빠지는 등의 결함이 쉽게 생긴다. 이는 구성층끼리 약한 물리적 결합으로만 연결되기 때문이다.
연구팀은 전자전달층과 페로브스카이트 광활성층간에 생성된 중간층 물질을 실험을 통해 입증했다. 또 전자전달층내 산소 이온뿐만 아니라 페로브스카이트 염소 이온과도 결합할 수 있다.
국내 연구팀은 이 두가지 원리에서 착안해 전자전달층과 페로브스카이트 원자 단위에서 결정구조학적으로 연결하는 중간층을 얻을 수 있었다.
석상일 교수는 "페로브스카이트 광활성층과 전자전달층의 소재와 구조에 대한 심도 있는 이해를 통해 효율과 안정성을 모두 갖춘 태양전지를 개발할 수 있었다"며 "세계 최고 효율을 달성한 것은 물론 이를 체계적으로 분석하는 접근법은 후속 연구자들에게 큰 영감을 줄 수 있을 것"이라고 말했다.
진경남 기자 jin07@e2news.com