전남대(총장 정성택)는 홍창국 화학공학부 교수팀이 복잡한 제조공정과 안정성 문제를 획기적으로 개선할 수 있는 새로운 구조의 페로브스카이트 태양전지를 개발했다고 10일 밝혔다.
홍창국 교수(교신저자)와 말리 사완타 박사(제1저자)가 주도한 연구팀은 반도체에서 사용되는 PN 접합구조와 비슷한 개념의 위상 헤테로접합 구조를 개발하고, 이를 페로브스카이트 태양전지에 도입해 고효율과 안정성을 달성했다.
연구팀은 내구성과 안정성 문제를 해결하기 위하여 세슘(Cs) 기반의 무기 페로브스카이트 소재를 도입했으며 페로브스카이트의 분자 구조를 조절하고 p-타입과 n-타입의 반도체 접합구조와 비슷한 위상 헤테로접합 구조를 개발해 전하 전달능력이 획기적으로 향상된 고효율 태양전지를 개발했다.
이러한 새로운 구조는 단일 접합구조의 태양전지 뿐만 아니라 여러 층을 가진 초고효율 텐덤형태 태양전지 개발에 적용될 수 있으며, 다층 태양전지 제작공정을 획기적으로 개선할 수 있다.
이번 연구는 차세대 태양전지로 불리는 페로브스카이트의 고효율화와 경제성까지 얻을 수 있는 획기적인 연구로 평가받고 있다. 새로운 형태의 태양전지는 30% 이상의 초고율화를 달성할 수 있으며, 상업화 공정에도 적합한 것으로 평가받고 있다.
연구팀은 자체 개발한 친환경 공기처리 공정을 사용해 낮은 공정 온도에서 용매의 사용량을 줄이고 저비용으로 태양전지를 생산할 수 있도록 대면적 모듈 제작과 대량생산에 매우 적합한 모델도 제안했다. 대용량 도심형 태양전지 제작과 건물일체형 발전용 건축 외장재 상용화를 위한 연구를 진행하고 있다.
이번 연구는 한국연구재단 중견연구 및 대학중점연구소지원사업의 지원으로 이뤄졌다. 논문은 학술전문지 네이처 에너지(영향력 지수 67.493) 온라인판에 실렸으며 이달 인쇄판에도 게재된다.
광주=김한식 기자 hskim@etnews.com
