김진영 울산과학기술원(UNIST) 교수는 최근 친환경 에너지 시장 블루칩으로 떠오른 '페로브스카이트 태양전지'가 '2050 탄소중립' 실현에 일조할 것으로 전망했다. 스스로 전기에너지를 만들어내는 것은 물론 탄소 배출 없이 다양한 에너지를 생산할 수 있는 물성을 최대 강점으로 제시했다. 그러기 위해선 페로브스카이트 태양전지처럼 차세대 기술에 더 많은 투자가 이뤄져야 한다고 밝혔다.
김 교수는 '2050 탄소중립 실현을 위한 전문가 좌담회'에서 '페로브스카이트 태양전지 연구'를 주제로 발표했다.
페로브스카이트는 1839년 독일 학자 구스타프 로즈가 러시아 우랄산맥에서 처음 발견했다. 화학식은 CaTiO3다. 양이온 2개와 음이온 1개가 결합한 규칙적 입체 구조다. 높은 흡광계수, 낮은 엑시톤(전자·정공 결합체) 결합 에너지 등 특성 때문에 태양전지 소재로 사용된다.
특히 양극성 전하 수송 능력을 가지고 있어 다양한 소자 구조에 적용할 수 있는 것도 특징이다. 합성이 쉽고 비용이 저렴한 것은 물론 기존 대비 간단한 제조공정을 적용하기 때문에 향후 태양광 발전 단가를 크게 낮출 수 있는 물질로 기대되고 있다.
김 교수는 “태양전지는 화석 에너지를 대체하는 신재생에너지의 중추”라면서 “UNIST가 관련 연구를 선도하고 있는 페로브스카이트는 가장 주목받는 차세대 태양전지 물질”이라고 강조했다.
UNIST는 2019년부터 본격적으로 페로브스카이트 태양전지 연구에 돌입했다. 그동안 첨가제(MACl)을 도입해 페로브스카이트 결정 크기를 키우고 표면 거칠기를 줄였다. 구조 안정화를 위한 다양한 시도는 수분과 열, 광안정성을 개선하는 효과로 이어졌다. 유사할로겐화물 관련 연구는 페로브스카이트 소자 안정성을 유지하는 결과를 도출했다. 이 같은 노력으로 UNIST는 최근 세계 최고 수준인 PCE 25.5%를 기록했다.
김 교수는 “페로브스카이트는 광촉매 결합으로 수소 에너지 생산에 기여할 수 있어 탄소중립에 이바지할 수 있다”면서 “현재 태양전지 보급에만 투자하고 있는 기업 등이 페로브스카이트 등 새로운 개발 분야로 눈을 돌릴 필요가 있다”고 강조했다.
정부 자금이 대부분 태양광 보급 보조금에 집중돼 있는데, 이를 장기적인 관점으로 태양전지 신기술 개발에 적정하게 배분·투자하는게 필요하다는 의견이다.
윤희석기자 pioneer@etnews.com
