(대전ㆍ충남=뉴스1) 양상인 기자 = 국내 연구팀이 가볍고 유연하면서 세계 최고 수준의 전력효율을 갖춘 차세대 태양전지 기술을 개발했다.
3일 한국에너지기술연구원에 따르면 정인영 선임연구원 연구팀은 24%의 전력 생산 효율을 갖춘 초경량·유연 페로브스카이트·CIGS 탠덤 태양전지를 개발했다.
탠덤 태양전지는 서로 다른 두 개 이상의 태양전지를 층층이 쌓아 태양 빛을 더 효과적으로 흡수하고 전기로 바꿔주는 차세대 고효율 태양전지 기술이다.
서로 다른 소재로 이뤄진 각 층이 각기 다른 파장의 빛을 흡수하기 때문에 기존 실리콘 전지만 사용하는 경우보다 더 높은 전력 생산 효율을 얻을 수 있다는 장점이 있다.
페로브스카이트 소재와 CIGS(구리·인듐·갈륨·셀레늄 화합물 반도체)를 접합한 탠덤 태양전지가 기존 실리콘 기반 태양전지의 단점을 극복하는 기술로 주목받지만, 제작 과정이 까다롭고 효율이 낮아 상용화에 어려움을 겪었다.
이에 연구팀은 태양전지 접합을 위한 기존 유연 기판 대신 유리 기판 위에 폴리이미드를 코팅하고 그 위에 탠덤 태양전지를 제작한 뒤 분리하는 리프트오프 공정을 적용했다.
딱딱한 유리를 지지대로 사용해 태양전지의 층을 보다 균일하고 안정적으로 제작할 수 있어 성능과 생산성을 동시에 높였다는 것이 연구팀의 설명이다.
특히 연구팀은 CIGS 태양전지의 효율을 낮추는 핵심 요인인 알칼리 금속(칼륨)의 확산을 억제하는 기술도 개발했다.
계산과학을 활용해 폴리이미드층이 칼륨의 확산을 효과적으로 억제한다는 것을 밝혀냈고 이를 통해 CIGS층의 전기적 결함을 줄였다.
실험 결과 리프트오프 공정을 적용한 페로브스카이트·CIGS 탠덤 태양전지는 23.64%의 전력 생산 효율을 기록해 기존 최고 효율인 18.1%를 크게 상회했으며 십만 번의 구부림 테스트 후에도 초기 효율의 97.7%를 유지해 우수한 내구성까지 입증했다.
정 선임연구원은 “이번 연구는 유연성과 경량성을 갖춘 고효율 차세대 태양전지 기술의 상용화 가능성을 증명한 성과”라며 “향후 효율 30%급 초경량 유연 태양전지를 실현할 수 있는 중요한 이정표가 될 것”이라고 강조했다.
이번 연구는 국제 학술지 ‘줄’에 게재됐다.
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