국내 연구진이 페로브스카이트 태양전지 광전효율을 22.1%까지 높이는데 성공했다. 페로브스카이트 태양전지 조기 상용화에 기여할 것으로 전망된다.

울산과학기술원(UNIST·총장 정무영)과 한국화학연구원(원장 이규호)은 22.1% 광전효율을 나타낸 '무·유기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지' 소자 기술을 개발, 미국 재생에너지연구소(NREL)로부터 세계 최고 효율로 공식 인증을 받았다고 29일 밝혔다. 이 기술은 6월 30일자 '사이언스' 온라인판에 게재했다.

연구에는 석상일 UNIST 에너지 및 화학공학부 특훈교수와 노준홍 화학연 겸임연구원(고려대 교수), 김은규 한양대 교수가 참여했다.

연구팀은 페로브스카이트 태양전지 광전효율을 떨어뜨리는 할로겐화물 결함을 제어하는 방식으로 광전효율을 높였다. 페로브스카이트는 양이온과 음이온, 할로겐화물(혹은 산화물)로 구성된 물질이다. 이 물질을 태양전지에 적용한 것이 '무·유기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지'다.

무·유기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지는 값싼 무기물과 유기물을 결합해 쉽게 만들 수 있고, 광전변환 효율을 기존의 실리콘 단결정계 태양전지 수준(25%)까지 높일 수 있지만 페로브스카이트 박막이 균일하지 않거나 내부 물질이 불완전하면 전지 성능이 떨어진다.

연구팀은 요오드이온 분자 제어 기술을 개발, 박막 제조에 사용하는 할로겐화물 '요오드 이온(I-)'을 분자 2개로 된 기존의 요오드 이온(I2-)에서 3개 분자로 된 요오드 이온(I3-)으로 교체, 박막 내부 결함을 줄였다.

연구팀은 이 기술을 태양전지 대면적 모듈 제조, 고내구성 제조 기술에 접목해 페로브스카이트 태양전지 상용화를 앞당길 계획이다.
연구를 주도한 석상일 교수는 “태양전지 성능은 태양광을 전기 에너지로 변환할 때 발생하는 손실을 줄이는 게 핵심”이라면서 “상용화된 태양전지와 유사한 제조 공정에 근접 효율을 나타내고, 반면에 훨씬 싸게 만들 수 있는 혁신 기술”이라고 설명했다.

울산=임동식기자 dslim@etnews.com