국내 연구팀이 개발한 세계 최고 성능 ‘차세대 태양전지’, 네이처 표지논문 선정

김우성
2021년 2월 25일
업데이트: 2021년 2월 28일

기존 실리콘 태양전지는 친환경적이고 경제적이지만, 생산 과정이 까다롭고 형태의 변형이 어렵다.

이런 문제를 극복하면서도 제작비용이 1/5밖에 들지 않아 차세대 태양전지로 주목받고 있는 ‘페로브스카이트 태양전지’.

전 세계가 이 차세대 태양전지 개발에 열을 올리고 있는 가운데, 국내 연구진이 최고 성능의 차세대 태양전지를 개발해 주목받았다.

기존의 태양전지 / 연합뉴스
유연한 차세대 태양전지 / 연합뉴스

25일 한국화학연구원 서장원 박사팀은 새로운 페로브스카이트층 소재를 개발해 태양전지의 효율을 획기적으로 높였다고 발표했다.

서장원 책임 연구원의 설명에 따르면 페로브스카이트 태양전지는 가볍고 유연한 태양전지로 만들 수 있고, 반투명 태양전지로도 만들 수 있다.

또한 저온에서 생산 가능하다는 강점이 있다.

하지만 지금까지 기존의 태양전지보다 효율이 낮다는 단점을 극복하지 못해 응용에 어려움을 겪고 있었다.

[좌] 페로브스카이트 태양전지, [우] 페로브스카이트 태양전의 구조 / 한국화학연구원
그 해답을 국내 연구진이 찾은 것이다.

연구팀은 차세대 태양전지를 구성하는 3개 층 가운데 태양광 흡수와 전자 이동에 관여하는 2개 층의 구조를 획기적으로 바꿨다.

내부 구조의 결함을 줄이고 소재도 재배치하는 방식으로 광전 효율을 25.2%까지 끌어올릴 수 있었다.

광전 효율은 태양전지가 빛을 흡수해 전기로 바꾸는 비율로, 태양전지의 성능을 나타내는 지표다.

기존 실리콘 태양전지의 경우 광전 효율이 최고 26.7%다.

[좌] 페로브스카이트 태양전지 소재 개발 관련 브리핑을 하는 서장원 책임연구원 / 과학기술정보통신부, [우] 네이처 표지를 장식한 페로브스카이트 태양전지 / 한국화학연구원
신성식 선임연구원은 “전자 수송층의 경우에는 결함을 최소화할 수 있는 새로운 조건을 발견했다”며 “빛을 잘 흡수하고 결함이 적게 만들어지는 최적의 비율을 찾은 것”이라고 설명했다.

연구팀은 기존 실리콘 태양전지와 비슷한 수준까지 효율을 끌어올린 만큼 차세대 태양전지의 상용화가 곧 가능할 것으로 보고 있다.

이번 연구 성과는 세계적인 학술지 ‘네이처’의 표지 논문으로 선정되면서 주목받았다.

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