결함 제어로 생산효율 ‘Up’

국내 연구진이 차세대 태양전지 대량생산에 필요한 핵심 기술을 개발하는 데 성공했다. 과학기술정보통신부는 한국에너지공과대 정의혁 교수와 한국화학연구원 전남중 박사 공동 연구팀이 고성능 페로브스카이트(Perovskite) 모듈 개발에 성공했다고 16일 밝혔다.

페로브스카이트 태양전지는 기존 실리콘 태양전지와 비교해 유연화·경량화가 가능하고 원가가 낮을 뿐만 아니라 ‘용액공정’ 기반으로 제작이 가능해 신문을 인쇄하듯 넓은 면적의 태양전지를 생산할 수 있다는 장점이 있다. 최근 10년간 기술 발전을 거듭한 결과 0.1㎠ 이하의 단위 소자 기준에선 기존 실리콘 태양전지에 버금가는 효율을 보이는 등 차세대 대면적 태양전지로써 주목받고 있다. 그러나 기존 기술을 넓은 면적에 적용할 경우 제조에 사용되는 산화주석 용액의 점도가 낮아 균일한 구조가 형성되지 못하는 등 상용화는 요원했다. 특히 빛에 의해 발생한 전자를 전극으로 전달하는 ‘전자 수송층’의 결함을 제어해 넓은 면적의 균일한 박막을 만드는 것이 핵심 공정이나 넓은 면적에 산화주석 용액을 적용할 경우 박막층이 불균일해지고 효율이 떨어지는 한계가 있었다.

연구진은 전자 수송층에 사용되는 산화주석 용액의 산성도를 조절함으로써 최적의 점도를 구현해 결함을 제어하는 데 성공했다. 즉 면적이 커져도 기존 단위 소자 수준에서의 성능과 큰 차이가 없도록 만든 것이다. 아울러 고온 등 극한 외부 환경에서도 안정성을 유지하는 것은 페로브스카이트 태양전지 대면적화의 가능성을 여는 성과로 평가된다. 이번 연구 성과는 국제학술지 ‘어드밴스드 에너지 머터리얼즈’ 7월 6일 표지 논문으로 선정됐다. 과기정통부는 이번 연구를 통해 얻은 기술을 관련 기업으로 이전할 계획이라고 밝혔다. 정 교수와 전 박사는 “기존 대면적화의 한계를 극복할 수 있는 기술 개발로 상용화에 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.

구혁 기자 gugija@munhwa.com