국내 연구진이 기존 태양전지 단점을 해소한 두께가 얇고 값싼 무기물 기반의 차세대 태양전지를 개발했다. 충전 효율이 좋고 수명도 길어 탄소중립 사회 구현에 기여할 전망이다.
광주과학기술원(GIST·총장 김기선)은 이동선 전기전자컴퓨터공학부 교수팀이 나트륨 도핑 방법을 사용해 충전율과 성능을 크게 향상한 차세대 구리-아연-주석-황-셀레늄(CZTSSe) 태양전지를 개발했다고 11일 밝혔다.
이 태양전지는 지구상에 풍부하고 값이 저렴한 무기물 원소를 기반으로 구성됐다. 두께가 얇아 플렉시블 전자기기로 응용이 가능하며 상용화 수준의 충분한 수명과 내구성도 갖고 있다.
연구팀이 나트륨 도핑으로 CZTSSe 태양전지 전하운송자 수송원리를 확인한 결과, 기존 태양전지의 한계치인 50% 보다 향상된 62.6%의 높은 충전율을 보였다. 태양전지 충전율은 태양전지 내부 직·병렬 저항과 다이오드 특성에 따라 좌우되며 태양전지 특성을 평가하는 주요한 기준이다.
태양전지는 반영구적인 태양광을 흡수해 전기에너지를 발생시키는 장치로, 실리콘·박막·유기물 등을 소재로 다양한 연구가 시도되고 있다. 기존 단결정 실리콘 태양전지는 높은 성능을 갖지만 두께가 두꺼워 플렉시블 전자기기로 응용에 한계가 있다. 박막 태양전지는 인듐·갈륨과 같은 비싸고 희귀한 원소를 사용한다. 유기물 태양전지는 인쇄 기술을 활용한 저가의 대량생산이 가능하지만 짧은 수명과 낮은 안정성이 흠이다.
이 교수팀이 이러한 기존 태양전지의 단점을 모두 개선한 차세대 태양전지 개발에 성공함으로써 향후 태양전지 시장의 판도에 큰 변화를 몰고 올 것으로 예상된다.
이번 연구 성과는 산업통상자원부가 추진하는 한국에너지기술평가원 사업, GIST연구원 사업 지원으로 진행됐으며 재료과학 분야 저명한 국제학술지 '어드밴스드 사이언스' 10월호 표지 논문으로 선정됐다.
이동선 교수는 “수명이 길고 가격이 저렴한 차세대 태양전지 개발로 기존 상용 태양전지의 단점을 극복할 수 있는 해결책을 제시했다”면서 “향후 대면적 건물일체형 태양전지, 자동차 솔라루프, 플렉시블 전자기기 등 다방면으로 활용 가능하도록 지속적인 연구 개발을 수행하겠다”고 말했다.
광주=김한식기자 hskim@etnews.com
