한국에너지기술연구원(원장 이창근)이 초경량 유연 페로브스카이트/구리-인듐-갈륨-셀레늄(CIGS) 탠덤 태양전지를 제작하고 세계 최고 효율을 달성했다고 3일 밝혔다. 매우 가볍고 곡선 형태에도 부착 가능해 건물, 자동차, 항공기 등 적용이 기대된다.
현재 주목받는 페로브스카이트/실리콘 탠덤 태양전지는 34.6% 고효율을 자랑하는데, 무겁고 물리 충격에 약하다.
이에 유연 박막 페로브스카이트/CIGS 탠덤 태양전지가 개발되고 있다. CIGS 기반 박막 태양전지는 가볍고 잘 휘어져 곡선 형태 건물, 자동차, 항공기 등에 활용될 수 있다. 다만 효율이 낮고 제작 난이도가 높아 상용화 단계에 접어들지 못했다.
연구진은 이에 제작 공정 작업성과 전지 유연성, 경량성을 높이기 위해 '리프트오프(Lift-off)' 공정을 개발했다. 이로써 제작된 페로브스카이트/CIGS 탠덤 태양전지는 23.64% 전력 생산 효율을 나타내 세계 최고 수준을 보였다.
리프트오프 공정은 유리 기판 위에 폴리이미드층을 코팅하고 그 위에 페로브스카이트/CIGS 탠덤 태양전지를 제작한 뒤 분리하는 방식이다.
유연한 폴리이미드 필름 자체를 기판으로 쓰던 기존과 달리, 딱딱한 유리를 지지기판으로 써 안정적으로 전지를 제작할 수 있다. 평평한 유리 기판에 태양전지 각 층이 균일 증착돼 성능과 제작 재현성이 높은 것도 장점이다.
개발 전지는 10만 번 구부림 테스트에서 초기 효율 97.7%를 유지해 우수한 내구성을 나타냈기도 했다.
정인영 선임연구원은 “이번 연구는 유연성·경량성을 갖춘 고효율 차세대 태양전지 기술 상용화 가능성을 증명한 핵심 성과”라며 “향후 효율 30%급 초경량 유연 태양전지 실현을 위한 중요한 이정표”라고 밝혔다.
김기환 책임연구원은 “제작 전지 무게당 출력비는 페로브스카이트/실리콘 탠덤 태양전지보다 약 10배 높아 초경량 모듈이 필요한 건물 외장재, 차량, 우주 항공 등 다양한 분야에 적용할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.
이번 연구는 줄(Joule) 3월호에 게재됐으며, 이태경 경상국립대 교수, 김해진 연세대 교수와 공동 연구로 수행됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
