국내 연구진이 광 변환 효율을 3% 수준으로 끌어올린 주석 황화물 기반의 초저가 박막태양전지를 개발했다.
한국연구재단(이사장 조무제)은 허재영 전남대 신소재공학부 교수팀이 주석 황화물을 기반으로 태양광 흡수층 형상 제어 기술을 개발, 장시간 안정성을 보이는 초저가 박막 태양전지 공정 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.
박막태양전지는 금속 기판 위에 반도체 박막을 형성시켜서 만든다. 현재 쓰이는 박막태양전지는 빛을 받아들이는 흡수층에 인듐과 갈륨을 사용하고 있지만 이들 소재의 매장량이 적어 제작비용이 높은 편이다.
대안으로 주석 황화물을 이용한 박막태양전지 개발이 이뤄지고 있다. 그러나 변환 효율은 대부분의 연구에서 2%에 미치지 못하고 있다. 주석 황화물의 경우 정육면체 형태의 모폴로지(흡수층 박막의 표면 현상)를 보이는 인듐, 갈륨과 달리 위로 서 있는 형태의 판상 구조여서 전극과 합선을 일으키기 쉽기 때문이다.
연구팀은 단순하고 대량 생산에 적합한 기상증착법(고온의 입자를 기체와 함께 증발·이동시켜서 박막을 형성하는 기법)을 이용한 주석 황화물 형상 제어 기술을 활용했다. 기상 입자의 확산 거리와 흡수층 형성 반응 속도를 제어, 주석 황화물로도 판상 형태가 아닌 고밀도의 정육면체 모폴로지 형성에 성공했다.
이렇게 만들어진 박막태양전지는 2.984%의 광 변환 효율을 보였다. 6개월이 넘는 기간을 공기에 노출시켜도 초기 효율의 98.5%를 유지했다. 이번 성과는 카드뮴 황화물을 버퍼층으로 활용한 사례다. 같은 조건에서 세계 최고 효율을 자랑한다.
허 교수는 “이번 연구는 박막태양전지 흡수층 소재 제작의 어려움을 극복하고 흔한 원소를 이용하는 기반을 마련한 것”이라면서 “화석연료를 대체할 만큼의 경제성을 높인 차세대 박막태양전지 개발을 앞당길 것”이라고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
