상용화 효율에 가까운 ‘무기 페로브스카이트 태양전지’ 개발

UNIST 장성연 교수팀 연구…18% 효율로 상용화 분기점 20%에 근접

울산과학기술원(UNIST)은 상용화 분기점인 20%에 가까운 18% 효율의 무기 페로브스카이트 태양전지를 개발했다고 22일 밝혔다.

울산과기원에 따르면 에너지화학공학과 장성연 교수팀은 무기 페로브스카이트 태양전지와 성질이 다른 고분자 태양전지를 이어 붙인 ‘1+1 기술’로 이종(移種) 소재 하이브리드 태양전지를 개발했다.

광 흡수 소재(광활성층)로 무기물 페로브스카이트를 쓰면 일반 유·무기물 혼합 페로브스카이트 소재보다 열에 대한 안정성이 우수한 태양전지를 만들 수 있다.

휘발성 물질이 없고 구조적으로 안정적이기 때문이다.

그러나 일반 유·무기물 혼합 페로브스카이트 소재보다 효율이 떨어지는 단점이 있다.

연구팀은 두 종류의 광 흡수 소재를 함께 쓰는 방식으로 무기물 페로브스카이트 태양 전지의 약점을 보완했다.

‘페로브스카이트 단위 전지(sub-cell)’와 ‘고분자 소재 단위 전지’가 상하로 직렬 연결된 ‘1+1 탠덤 구조’ 전지를 만든 것이다.

이는 페로브스카이트 단위 전지는 태양광 가시광선 영역을, 고분자 소재 단위 전지는 근적외선 영역을 흡수하는 원리다.

연구팀은 광학 시뮬레이션을 통해 상호보완적인 태양광 흡수 영역을 갖는 페로브스카이트와 고분자 소재를 각각 디자인하고, 두 개의 단위 전지를 결합할 때 발생하는 전압 손실을 최소화해 효율을 높였다고 설명했다.

특히 새롭게 개발한 전지는 ‘저온용액공정법’을 통해 손쉽게 제조할 수 있다.

액체(용매)에 전지 재료를 분산시킨 뒤 인쇄하듯 찍어내는 방식으로, 기존 실리콘 태양전지보다 대량 생산에 유리하고 제조 비용도 싼 것이 장점이다.

장 교수는 “하이브리드 탠덤 태양전지는 각 소재가 갖는 장점을 최대치로 끌어내는 기술이 적용됐다”며 “이를 통해 향후 28% 이상의 고효율·고안정성 무기 페로브스카이트 기반 태양전지를 개발할 수 있을 것”이라고 말했다.

연구는 에너지 소재 분야 학술지인 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼스'(Advanced Energy Materials)에 6일 자로 출판됐다.

연구 수행은 한국연구재단(NRF) 중견연구자과제, 기후변화대응과제의 지원으로 이뤄졌다.

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