기존 실리콘보다 비용 저렴
고효율 태양전지 이용 전망
화석연료 전기와 경쟁 가능
美 ‘NREL’서 2년연속 인정
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한국화학연구원이 세계 최고 효율을 가진 무·유기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지(이하 하이브리드 태양전지)의 구조와 제조 공정 기술을 개발했다.
하이브리드 태양전지는 제조 비용이 저렴해 상대적으로 제조 단가가 높은 기존 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 고효율 태양전지로 이용될 전망이다.
화학연 석상일 박사가 주도한 연구팀은 하이브리드 태양전지 효율을 세계 최고수준인 17.9%까지 높일 수 있는 제조기술을 개발하는 데 성공했다고 10일 밝혔다.
기존 실리콘 태양전지는 20%가량의 효율을 갖고는 있지만, 고난도의 제조 공정에 따른 높은 가격 때문에 화석연료로 생산된 전기와 경쟁하기에는 역부족이었다. 이 때문에 가격을 낮출 수 있는 새로운 소재의 태양전지가 연구돼 왔고, 이 중 주목받는 것이 하이브리드 태양전지다.
2012년부터 본격적인 연구가 시작된 하이브리드 태양전지는 값싼 무기물과 유기물이 결합돼 부도체·반도체·부도체의 성질은 물론 초전도 현상까지 보이는 특별한 구조 물질인 페로브스카이트 결정 구조를 가지면서도 화학적으로 쉽게 합성되는 소재를 이용해 제조된 태양전지다.
특히 기존 실리콘 태양전지에 비해 제조 비용이 저렴해 차세대 태양전지로 주목받고 있다.
연구팀은 지난해 하이브리드 태양전지 플랫폼 기술을 개발(Nature Photonics)한데 이어 후속 연구를 통해 하이브리드 태양전지의 구조를 규명하고 비용이 저렴하면서도 제조가 간편한 공정기술을 개발했다.
특히 값싼 무·유기물로 기판을 구성한 데다 개발한 공정 기술로 균일하면서도 치밀한 페로브스카이트 박막을 기판에 입힐 수 있어 하이브리드 태양전지의 효율을 세계 최고로 높이는 데 성공했다. 이번 연구팀이 개발한 하이브리드 태양전지는 세계적으로 태양전지의 효율을 공식적으로 공인하는 미국 재생에너지연구소(NREL)에서 2년 연속 최고 효율을 인정받았다.
화학연 관계자는 “이번 연구는 차세대 태양전지의 효율을 획기적으로 향상시키고 기존 태양전지에 비해 1/3 이하의 가격으로 제조가 가능해 고효율과 저가라는 2가지 화두를 모두 만족시켰다”며 “향후 대면적 스케일의 연속 코팅 공정을 위한 핵심 소재 개발과 상용화 공정 기술 개발을 통해 실용화가 이뤄질 경우 현재 사용하고 있는 화석연료와 가격 경쟁도 가능하다”고 말했다.
나운규 기자 sendme@cctoday.co.kr