자외선은 막고 가시광선 흡수량 늘려…미관 개선도 가능
[이투뉴스] 국내 연구진이 실리콘 태양전지 위에 페로브스카이트 태양전지를 올려놓는 ‘1+1 탠덤전지’의 수명과 효율을 동시에 잡을 수 있는 다기능성 필름을 개발했다.
UNIST(총장 이용훈) 신소재공학과 최경진 교수 연구팀은 자연 태양광에 포함된 자외선을 차단하고, 가시광선 흡수는 늘리는 다기능성 반사 방지 필름을 개발했다. 1+1 탠덤 전지는 효율, 가격경쟁력, 공정 편의성이 탁월해 ‘슈퍼 태양전지’라고도 불리며 2~3년 안에 상용화가 기대되는 차세대 전지다.
탠덤 태양전지는 구조상 자외선에 약한 페로브스카이트가 상층부에서 직사광선에 노출된다. 또 광 반사를 줄이는 기존 표면 처리 기술을 쓰기 어렵다는 문제가 있다. 상용 실리콘 태양전지는 표면에 피라미드형 미세 요철을 만들어 빛 반사를 줄였는데, 탠덤 전지는 실리콘 태양전지 위에 액체 페로브스카이트 원료를 올려 만드는 제조공정 특성상 전지 표면이 매끈해야만 하기 때문이다.
연구팀이 개발한 필름은 탠덤 전지 맨 위에 올려 쓸 수 있는 형태다. 자외선을 흡수해 차단하는 형광체 입자와 가시광선 흡수를 늘리는 실리카 입자가 함께 들어있다.
유해 자외선이 차단돼 전지 수명은 늘고, 유효 파장 대역인 가시광선의 흡수는 늘어 태양전지가 전기를 만드는 효율이 올라간다. 형광체 입자는 자신이 흡수한 자외선을 다시 가시광선으로 바꿔내는 역할도 함으로써 효율을 추가로 높이고, 전지를 초록색으로 보이게 해 미관상 장점도 있다.
연구팀이 개발한 필름을 쓴 탠덤 태양전지의 효율은 120시간이 지나도 초기 효율의 91% 이상을 유지했다. 초기 효율 자체도 기존대비 4.5% 증가했다. 기존 필름을 쓴 전지의 효율은 5시간 후 초기 효율의 90%로 수준으로 떨어지다가 20시간 후에는 50% 수준으로 급격하게 줄어든다.
UNIST 연구팀 관계자는 “표면에 요철을 만들어 태양빛 반사를 줄이는 기존 방식과 달리 반사방지 필름 안에 첨가하는 물질로 유효파장 대역의 흡수 성능을 높인 신기술”이라며 “자외선도 차단할 수 있어 탠덤전지 상용화뿐만 아니라 자외선에 약한 유기 태양전지, 유기물 다이오드 같은 분야에도 응용할 수 있을 것”이라고 말했다.
연구결과는 기능성 소재분야의 세계적인 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)'에 지난달 24일 온라인으로 공개됐다. 연구 수행은 한국에너지기술평가원 알키미스트 프로젝트사업인 ‘35% 슈퍼 태양전지 개발 사업'의 지원으로 이뤄졌다.
진경남 기자 jin07@e2news.com