차세대 태양전지로 주목받는 페로브스카이트 태양전지의 상용화를 앞당길 핵심 소재 기술이 개발됐다.
한국연구재단은 정의혁 한국에너지공대 교수와 전남중·이재민 한국화학연구원 책임연구원 공동 연구팀이 공정 속도, 코팅 두께 등 공정 조건 변화에도 안정적으로 작동하는 비정질 계면 패시베이션 소재를 개발했다고 27일 밝혔다.
페로브스카이트 태양전지는 기존 실리콘 태양전지보다 가볍고 유연한 특성 덕분에 차세대 에너지 분야 전반에 활용 가능한 기술로 주목받고 있다.
최근 대면적 모듈 제작과 롤투롤 기반 연속 생산 공정 기술이 빠르게 발전하고 있지만, 공정 조건 변화에 따른 성능 편차 문제가 상용화의 핵심 걸림돌로 지적된다.
특히 기존 패시베이션 기술은 태양전지 효율 향상에는 효과적이지만, 코팅 두께나 공정 속도 변화에 민감해 대면적 연속 생산 공정에 적용하기 어렵다는 한계가 있었다.
연구팀은 이를 해결하기 위해 분자들이 규칙적인 결정 구조를 형성하지 않도록 설계해 비정질 특성을 갖는 계면 소재(I-4PACz)를 개발했다.
개발된 소재를 패시베이션 공정에 실험 적용했을 때 기존 소재는 농도가 증가할수록 태양전지 효율이 감소한 반면, I-4PACz는 약 10배 수준의 농도 변화에서도 거의 일정한 효율을 유지했다.
태양전지 기판 위에 균일한 박막을 만드는 블레이드 코팅 속도를 달리해도 태양전지 모듈 효율이 안정적으로 유지됨을 확인했다.
또 24.5cm² 크기의 대면적 페로브스카이트 태양전지 모듈에서 21.2%의 매우 높은 광전변환효율*을 달성했다.
정의혁 교수는 “이번 연구는 실제 산업 공정에서 요구되는 공정 안정성과 재현성을 동시에 확보했다는 데 의미가 있다”며 “롤투롤 기반 연속 생산 공정과 대면적 태양전지 제조 기술에 활용 가능성이 높아 페로브스카이트 태양전지 상용화를 앞당길 것으로 기대한다”고 말했다.
이번 연구 성과는 에너지 재료 분야 국제학술지 '어드밴스드 에너지 머터리얼즈'에 지난 11일 온라인 게재됐다.
이인희 기자 leeih@etnews.com
