국내 연구진이 유연 페로브스카이트 태양전지 상업화를 앞당길 수 있는 롤투롤 기반 제조 플랫폼 공정 기술을 개발했다.
한국화학연구원은 함동석 박사, 김민 전북대 교수 공동연구팀이 초고속 광소결 방법을 활용해 기존 롤투롤 제조 공정시간을 5배 이상 감축하면서도 기존 기술보다 2배 이상 규모인 100㎠ 모듈급 롤투롤 대면적 제조공정을 개발했다고 11일 밝혔다.
기존 유연 페로브스카이트 태양전지 제작 방식은 비연속적인 배치형 코팅 방식을 많이 활용했는데, 대량생산하려면 반드시 롤투롤 코팅 공정을 거쳐야 한다. 그러나 롤투롤 공정은 정해진 크기의 건조장치 내에서 샘플이 이동해, 오랜 시간 동안 건조장치에 머물며 열처리하기가 어렵다.
연구팀은 이런 한계를 극복하기 위해 초고속 광소결 기술(IPL: 짧고 강한 빛을 조사해 손상없이 페로브스카이트 층을 열처리하는 기술)을 도입한 새로운 대면적 롤투롤 제조 공정을 개발했다.
일반적으로 슬롯다이 코팅법을 이용해 요오드화 납(PbI2)을 먼저 코팅한 후, 요오드화 포름암미디늄(FAI)을 순차적으로 코팅하는 방식으로 페로브스카이트 막을 제조한다.
이때 연구팀은 IPL 공정을 적용했다. 이때 더 많은 빛을 흡수해 IPL 공정 효율을 높일 수 있는 '세슘 포르 메이트' 첨가제를 요오드화 납에 추가했다.
개발 공정은 기존 롤투롤 공정에서 반드시 필요한 10분 이상 열처리 시간을 2분으로 단축하면서도 100㎠ 이상 대형 유연 모듈 제작이 가능해져, 상업적 적용 가능성도 크게 확대됐다.
한편 연구팀은 유연 태양전지의 수명을 대폭 향상시키기 위해 기존 딱딱한 유리 기반 봉지기술을 발전시켜, 투명 전극과 보호 성능을 모두 갖춘 유연 필름 소재를 적용한 새로운 봉지기술도 개발했다.
새 봉지기술을 적용한 필름은 기존 봉지필름보다 40% 수준으로 얇아 25% 이상 유연했다. 60도 고온, 90% 고습도 환경에서도 태양전지 내구성을 유지했다.
함동석 박사는 “이번 연구는 롤투롤 코팅 공정에 필요한 공정시간 단축, 안정상 향상 측면에서 사업화를 위한 신공정 개발에 큰 의의가 있으며, 향후 다양한 산업에 적용될 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
이번 연구는 ACS 어플라이드 머티리얼스 & 인터페이스, 솔라 RRL의 각각 5월 속표지, 7월 겉표지 논문에 연달아 게재됐다. 이번 연구는 화학연 기본사업으로 수행됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
