에너지연의 유연 페로브스카이트/CIGS 탠덤 태양전지 전력 효율 23.6%
유리 판 위에 페로브스카이트 붙인 리프트오프 공법 개발
폴리이미드로 태양전지 성능 저하 방법도 규명
[충청투데이 김중곤 기자] 한국에너지기술연구원(에너지연)이 세계 최고 효율의 초경량, 고휘도(잘 휘는 성질) 태양전지를 개발했다.
연구진이 만든 태양전지는 매우 가볍고 곡선에도 부착할 수 있어 건물, 자동차, 항공기 등 활용도가 높을 것으로 전망된다.
3일 에너지연에 따르면 연구진이 개발한 초경량 유연 페로브스카이트/CIGS(구리-인듐-갈륨-셀레늄 화합물 반도체) 탠텀 태양전지가 23.64%의 전력 생산 효율을 냈다.
기존의 동일 태양전지가 낸 전력 효율인 18.1%를 크게 웃돌며 세계 최고 수준을 기록했다는 것이 에너지연의 설명이다.
그동안 태양전지의 전력 효율과 무게, 유연성을 모두 확보하는 일은 좀처럼 풀리지 않던 난제였다.
실리콘 기반 단일접 태양전지는 단가가 저렴해 대량 생산이 가능하지만 효율이 낮고, 여기에 페로브스카이트를 붙인 탠덤 태양전지는 효율은 좋지만 무겁고 물리적 충격에 취약했다.
이번에 에너지연 연구팀이 주목한 유연 박막 페로브스카이트/CIGS 탠덤 태양전지는 가볍고 휘는 특성이 있지만, 효율이 낮고 제작 난이도가 높다는 한계가 있었다.
에너지연 연구진은 페로브스카이트/CIGS 탠덤 태양전지의 성능을 향상하고자 리프트오프(Lift-off) 공정을 개발했다.
리포트오프 공정은 유리 기판 위에 폴리이미드층을 코딩하고 그 위에 페로브스카이트/CIGS 탠덤 태양전지를 제작한 뒤 분리하는 방식이다.
평평한 유리 기판을 사용해 태양전지의 각 층이 균일하게 증착돼 성능과 제작 재현성을 높이면서도, 폴리이미드로 전지의 유연성도 확보하는 것이다.
특히 폴리이미드는 칼륨 등 알칼리 금속 원소가 유리기판에서 CIGS 광흡수층으로 확산하는 것을 억제해 전자의 결함을 줄인다.
지금까지 광흡수층으로 과도하게 확산한 알칼리 금속 원소가 전하의 흐름을 방해하는 문제를 해결할 방법이 없었는데, 연구진이 계산과학을 통해 그 답을 폴리이미드에서 찾은 것이다.
정인영 에너지연 태양광연구단 선임연구원은 “이번 연구는 유연성과 경량성을 갖춘 고효율 차세대 태양전지 기술의 상용화 가능성을 증명한 핵심 성과”라며 “향후 효율 30%급 초경량 유연 태양전지 실현을 위한 중요한 이정표”라고 말했다.
김중곤 기자 kgony@cctoday.co.kr