세계 최고 수준의 고효율 태양전지 기술이 개발됐다. 흡수 가능한 빛 파장 영역이 넓어졌고, 장기간 사용에도 재료 성능이 떨어지지 않았다.
박남규 성균관대 화학공학부 교수팀은 세계 최고 수준인 16% 효율과 장기 광안정성을 가진 페로브스카이트 태양전지를 개발했다고 26일 밝혔다.
페로브스카이트 태양전지는 높은 효율과 낮은 단가로 각광받는 차세대 기술이다. 그동안 메틸암모늄 양이온을 사용한 기존 전지는 800나노미터(㎚) 이하 빛 파장만 흡수할 수 있어 성능 향상에 제한이 있었다. 전지 사용 온도에서 물질 상태가 변하고 빛에 장기간 노출 시 성능이 떨어져 안정성에도 문제가 있었다.
연구팀은 메틸암모늄 대신 자체 개발한 고순도 포름아미디늄을 사용해 페로브스카이트 태양전지를 개발했다. 흡수 가능한 빛 파장이 840㎚로 기존보다 40㎚ 더 확장됐다. 기존 전지에서 나타나던 상전이·광열화 현상도 해결해 안정성을 높였다. 공정 시 평균 효율은 15.5%를 기록, 재현성이 뛰어났다.
연구팀은 지난 2012년 장기 안정성이 있는 페로브스카이트 태양전지를 최초로 개발했지만 포름아미디늄 순도가 낮아 평균 효율이 10% 이하에 머물렀다. 결국 포름아미디늄 전단계 물질인 고순도 포름아미디늄요오드를 자체 개발해 효율 문제를 해결했다.
박남규 교수는 “광안정성에서 세계 최고 수준의 태양전지를 개발했다”며 “구조 및 공정 기술을 최적화할 경우 25% 이상 고효율도 가능할 것으로 기대된다”고 밝혔다.
연구는 미래창조과학부 멀티스케일에너지시스템연구단과 기후변화대응기술개발사업 지원으로 수행됐고, 재료분야 국제 학술지 ‘어드밴스트 머티리얼스’ 13일자 온라인판에 실렸다.
송준영기자 songjy@etnews.com