국내 연구진이 세계 최고 수준의 에너지 전환 효율을 가진 페로브스카이트 태양전지를 개발했다. 신재생에너지 시대로의 전환을 더 빠르게 할 기술로 기대된다.
석상일 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 특훈교수가 이끄는 연구진이 페로브스카이트 광활성층의 결정성을 제어하는 새로운 방법과 원리를 발견해 페로브스카이트 태양전지의 효율을 높일 수 있는 방법을 개발했다고 17일 밝혔다.
페로브스카이트는 화합물의 결정이 정육면체 모양으로 생긴 물질로, 전자의 이동이 쉽고 다양한 특성을 낼 수 있어 태양전지패널 소재로 활발히 연구되고 있다. 얇고 가볍고 유연하며, 용액공정으로 값싸게 만들 수 있다는 장점도 있다. 페로브스카이트 태양전지의 효율과 내구성을 높이려면 결정의 결함을 최소한으로 만드는 것이 가장 중요하다.
연구진은 페로브스카이트의 구성 성분이 결합하면서 결정화가 이뤄지는 단계에서 알킬암모늄 클로라이드를 사용해서 결정의 결함을 줄이는 기술을 개발했다. 알킬기를 조합해 페로브스카이트를 코팅할 때 휘발되는 속도를 제어할 수 있어 결정에 결함이 최소한으로 생기게 하고, 표면을 평탄하게 만들 수 있는 방식이다.
이렇게 만들어진 페로브스카이트를 활용한 태양전지는 에너지 전환 효율이 26.08%로 세계 최고 수준으로 나타났다. 태양전지의 효율 순위를 정하는 미국 재생에너지연구소에서도 25.73%의 효율을 인정해 세계 최고 효율로 공인받았다.
논문의 공동교신저자인 신태주 UNIST 반도체 소재·부품 대학원 교수는 "페로브스카이트의 결정화 과정을 포항가속기연구소의 UNIST-PAL 빔라인으로 실시간으로 관찰하며 그 원리를 밝히고 정리한 연구"라며 "앞으로 다양한 조성을 가진 결정성이 높은 페로브스카이트 박막의 제조로도 확장 가능할 것"이라고 말했다.
석상일 교수는 "이번 연구를 통해 26% 이상의 효율을 가지는 페로브스카이트 태양전지는 실리콘 태양전지가 가진 효율을 조만간 능가할 수 있을 것"이라며 "27% 이상의 효율을 달성하기 위한 여정의 출발점"이라고 말했다.
참고자료
Nature, DOI : https://doi.org/10.1038/s41586-023-05825-y