고효율 태양전지 생산 기술 개발, 전문가들이 힘 모았다!

 

출연연-대학 손잡고 저가격/고효율 태양전지

앞당길 수 있는 기술 개발

 

에너지 및 환경 분야 최고 학술지

에너지 앤 인바이런멘탈 사이언스 게재

 

 

 태양전지의 효율을 높이기 위해 다양한 과학적 접근이 이뤄지는 가운데 세부 연구분야의 전문가들이 힘을 합쳐 우수한 연구성과를 달성해 세계적인 주목을 받고 있다.

 

 재료연구소(소장 강석봉)는 표면기술연구본부 임동찬 박사팀이 성균관대학교 김영독 교수팀(화학과), 울산대학교 조신욱 교수팀(물리학과)과 함께 단일층 구조에서 8% 이상의 고효율을 내는 유기물 기반 태양전지 소재 집적화 기술을 개발했다고 밝혔다. 이번 성과는 에너지, 환경 분야 최고 학술지인 에너지 앤 인바이런멘탈 사이언스(Energy& Environmental Science) 온라인판에 소개됐다.

 현재 유기물 기반 태양전지를 상용화하기 위한 효율은 10%대로 조만간 이 수치를 따라 잡을 수 있을 것으로 전망된다.

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 이번 기술은 최근 고효율 태양전지를 개발하기 위해 분야별로 시도했던 전문가들의 연구 성과를 융합해 얻은 결과로 그 의미가 남다르다.

 그동안 유기물을 기반으로 한 태양전지의 효율을 높이기 위해 새로운 소재를 개발하거나 표면처리, 광학기술 등 세부적으로 기능성을 높이는 기술 개발이 이뤄졌으나 각각의 기술을 적용했을 때 실제 효율 향상에 큰 영향을 끼치지 못했고 재연성 확보에도 어려움을 겪었다.

 

 임 박사팀은 ‘습식 공정기반 고효율 하이브리드 광활성 핵심소재기술 개발’이라는 자체 사업을 기획하고 각 분야 전문가인 성균관대학교와 울산대학교 연구팀과 공동 연구를 펼쳤다.

 성균관대 김 교수팀은 고효율 태양전지 제조에 필요한 원자층의 표면처리 및 소재의 광 특성을 분석했고, 울산대 조 교수팀은 소재 및 소자의 전기적 특성을 분석해 최적의 상태를 알아냈다.

 임 박사팀은 새로운 소재의 합성 및 소자 기술을 개발했으며, 각 연구팀의 연구 결과를 모아 8% 이상의 효율을 내는 태양전지를 생산할 수 있는 집적화 기술을 완성했다.

 

 임 박사팀은 본 기술을 적용하면 가격은 저렴하고 효율은 높은 유기물 기반의 태양전지를 보다 빨리 상용화할 수 있을 것으로 내다봤다.

 현재 건전지 두 개를 붙인 것처럼 단일층의 태양전지 두 개를 접합한 형태인 탄뎀형 태양전지의 최고 효율이 약 10.8%로 보고되고 있는 만큼 임 박사팀이 개발한 단일층의 태양전지 효율이 8%를 기록한 것은 매우 의미있는 성과이다.

 

 이번에 개발된 기술은 3차원 나노 구조체를 형성하고 원자층을 표면처리한 뒤 흡수되는 광의 특성을 원천적으로 제어할 수 있는 플라즈모닉스 나노소재를 중심으로 유기물 기반 차세대 태양전지로 집적화하는 것이다.

 유기물은 종류에 따라 코팅되는 최적의 두께와 광흡수 영역이 달라지는 데 이번 기술은 각 유기물의 특성에 따라 쉽게 변형시킬 수 있어 언제든 공통적으로 접목할 수 있다.

 

 임 박사팀이 개발한 고효율 태양전지는 수명 특성이 높지만 효율이 낮은 역구조 형태태양전지의 단점을 극복한 것으로 현재 역구조 형태 태양전지의 안정화 효율은 6% 중반이나 이번 기술을 적용하면 8%까지 끌어올릴 수 있다.

 임 박사는 “이번 연구 결과는 ‘백지장도 맞들면 낫다’는 속담처럼 개별적으로 진행해오던 연구를 공동 진행함으로써 더 큰 시너지 효과를 낼 수 있었다”고 밝혔다.

 

 임 박사팀은 유기물이 넓은 태양광의 스펙트럼 중 가시광 영역밖에 사용하지 못하는 만큼 흡수 파장 영역이 확대된 유기물 소재를 개발해 나갈 방침이다.