국내 연구진이 최고 효율의 페로브스카이트 태양전지를 개발했다. 페로브스카이트 태양전지는 낮은 공정 가격으로 주목받고 있다.
석상일 한국화학연구원 박사팀은 17.9% 효율의 무·유기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지 구조와 제조 공정 기술을 개발했다고 10일 밝혔다. 연구진이 달성한 성과는 태양전지 효율을 공인하는 미국 재생에너지연구소(NREL) 태양에너지 효율 기록지에 최고 효율로 공식 등재됐다.
페로브스카이트 태양전지는 값싼 무·유기물 결합 소재인 페로브스카이트로 실리콘을 대체한 전지다. 공정 가격을 실리콘 태양전지의 3분의1 수준으로 낮출 수 있지만 에너지 효율을 높이는 것이 숙제였다. 현재 실리콘 태양전지의 에너지 효율은 20% 전후다.
연구진은 내구성이 우수한 염료감응 태양전지와 저가 공정이 가능한 유기 태양전지를 융합한 새로운 태양전지 구조를 만들어 에너지 효율을 높였다. 이 방식으로 에너지 효율을 높이는 아이디어는 지난해에도 보고됐지만 실현 불가능했다. 빠르게 증발하는 페브로스카이트 용액을 해당 구조에 균일하게 입힐 방법이 없었기 때문이다.
연구진은 페브로스카이트를 녹인 용매를 빠르게 제거하면서도 박막 형태는 유지하는 기법을 개발해 문제를 해결했다. 기존에는 용액이 급속히 증발하며 페브로스카이트가 뭉쳐버려 형태를 유지하기 어려웠다.
연구 결과를 실용화하면 고효율·저비용 태양전지 개발이 가능할 것으로 기대된다. 대면적 코팅 공정과 소재 개발이 과제로 남았다.
석 박사는 “고효율과 저비용이라는 두 가지 화두를 모두 만족하는 고유 기술로 이뤄진 성과”라며 “실용화가 이뤄지면 화석연료와 가격 경쟁이 가능할 것”이라고 기대했다.
연구는 미래창조과학부 글로벌프런티어사업의 멀티스케일에너지시스템 연구단, 글로벌연구실 사업, 화학연구원 KRICT 2020 사업 지원으로 수행됐다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 머티리얼스’ 6일자 온라인판에 실렸다.
송준영기자 songjy@etnews.com