페로브스카이트 태양전지 면적 10배 커졌지만 효율 ‘그대로’

[산업일보]
쉽게 만들 수 있으면서도 태양광에너지로부터 전기에너지를 얻어내는 효율이 높다는 장점 때문에 페로브스카이트 태양전지는 전 세계에서 연구개발이 이어지고 있다. 많은 태양광에너지를 얻기 위해서는 태양전지를 크게 만들어야 하지만 페로브스카이트 태양전지는 크기가 커질수록 효율이 급격하게 감소하는 문제가 있었다.

미래창조과학부 기초연구지원사업(개인연구), 신산업창조프로젝트사업, 기후변화대응기술개발사업, 국가 간 협력기반조성사업으로 연구를 수행한 이광희 교수(광주과학기술원) 연구팀은 차세대 신재생에너지로 주목받는 페로브스카이트 태양전지 면적을 10배 이상 크게 만들어도 효율이 떨어지지 않게 하는 새로운 기술을 개발했다.

이 교수 연구팀은 큰 효율 저하 없이 기존 1cm2의 소면적 페로브스카이트 태양전지 면적을 10배 이상 크게 제작하는데 성공했다.

연구팀에 따르면 양친성 고분자 전해질 계면 상용화제는 소수성의 특성으로 인해 유기전하수송층과 우수한 접착력을 보이고 동시에 말단기에 존재하는 친수성의 이온들은 페로브스카이트 전구체 용액과 상호작용해 젖음성을 획기적으로 증가시켜 줄 수 있음을 알게됐다.

기존의 페로브스카이트 태양전지는 면적이 증가함에 따라 효율이 급격하게 감소하는데 반해 계면 상용화제를 도입한 페로브스카이트 태양전지는 대면적에서도 소면적의 태양전지와 거의 성능차이를 보이지 않았다.

다양한 유기전하수송층에 계면 상용화제를 적용했을 때도 표면의 극성이 효과적으로 개질됨을 확인해 어떠한 표면 위에서도 고효율의 페로브스카이트 태양전지를 용액 공정을 통해 손쉽게 제작할 수 있음을 연구팀은 확인했다.

이광희 교수는 “이 연구는 고성능의 대면적 페로브스카이트 태양전지를 최초로 개발한 것이다. 저비용 용액공정을 통해 큰 면적으로 제작이 가능하기 때문에 반투명 빌딩 유리 태양전지 패널과 같은 건물 일체형 태양전지 등에 적용할 수 있다. 페로브스카이트 태양전지 상용화를 앞당기는데 기여할 것으로 기대된다”라고 설명했다.

한편 이번 연구는 넓은 면적에서의 페로브스카이트 박막 제작에 있어 중요한 방법을 제시했다는 평을 받고 있다. 이 결과는 대량 생산 및 양산에 있어 중요시 되는 인쇄 공정에서의 페로브스카이트 태양전지 수율을 크게 증가시켜 페로브스카이트 태양전지의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 내다보고 있다. 이와 함께 태양전지뿐 아니라 발광소자, 트랜지스터 등의 다양한 이온성 페로브스카이트 소재 기반 전자소자의 대면적화에도 중요한 방향을 제시할 것으로 예상된다.