기존 실리콘 태양전지 대비 가볍고 유연한 특성을 갖는 대면적 페로브스카이트 태양전지의 대량생산 가능성이 열렸다. 높은 효율과 안정성을 모두 갖춘 페로브스카이트 태양전지 상용화가 곧 이뤄질 전망이다.
과학기술정보통신부는 정의혁 한국에너지공과대 교수와 전남중 한국화학연구원 책임연구원 공동 연구팀이 고품질 전자 수송층 구현을 통한 고성능 페로브스카이트 모듈 개발에 성공했다고 16일 밝혔다.
페로브스카이트 태양전지는 기존 실리콘 태양전지 대비 유연화, 경량화가 가능하며, 원가가 낮아 높은 경제성을 갖는다. 용액공정 기반으로 제작할 수 있어 신문을 인쇄하듯 대면적화가 가능한 잠재력도 갖고 있다. 그러나 단위 소자 페로브스카이트 태양전지 고효율 기술을 대면적 모듈에 적용하면 낮은 점도로 인해 결함을 제어하지 못해 단위소자의 성능과 큰 효율 차이를 보여 한계점이 있었다.
연구팀은 전자 수송층 산화주석(SnO2) 나노입자 분산액 산성도 조절을 통해 최적의 점도를 확보하고, 전기적 결함 제어 기술을 개발해 페로브스카이트 태양전지 대면적화 가능성을 여는 새로운 연구결과를 얻었다.
이번에 개발된 기술을 페로브스카이트 모듈 단위에 적용하면 24.5㎠(미니 모듈)과 214㎠(서브 모듈)순으로 면적이 커져도 기존 단위 소자 수준에서 성능 차이가 현저히 줄어드는 성과를 얻었다. 극한 환경 및 실외 자연광 환경 등 다양한 조건에서도 우수한 장기 안정성을 나타냈다.
이번 연구에서 개발된 전자 수송층 균일성 및 결함 제어 기술은 페로브스카이트 소재 관련 기업으로 기술 이전을 계획하고 있으며, 추후 대량생산을 통해 상용화에 박차를 가할 수 있을 전망이다.
정의혁 교수와 전남중 박사는 “이번 연구성과는 대면적 페로브스카이트 모듈 연구에 있어 전자 수송층 균일성과 결함 제어가 결정적인 역할을 한다는 사실을 밝혀냈다는 점에 의미가 있다”며 “기존 대면적화의 한계를 극복할 수 있는 기술 개발로 페로브스카이트 모듈 상용화에 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
한편 이번 연구성과는 국제학술지 '어드밴스드 에너지 머터리얼즈'에 지난 6일 표지 논문으로 게재됐다.
이인희 기자 leeih@etnews.com
