잘 만들고 오래 쓰는 태양전지… UNIST, 태양전지 대량생산 난제 풀었다

물질 막 입혀 성능·품질 균일성↑, Energy Environ. Sci.게재

진공증착 적합한 패시베이션 물질 선정·표면 처리로 성능↑

페로브스카이트 태양전지가 공장 대량생산 단계로 진입한다.

균일한 품질 확보가 어려웠던 한계를 반도체 공정 원리로 넘어섰다. 효율은 26% 돌파, 내구성은 50% 이상 늘었다.

용액을 바르던 방식에서 기체를 입히는 방식으로 바꿨다. 결과는 성공적이었다. UNIST 연구팀이 페로브스카이트 태양전지의 신뢰성을 획기적으로 끌어올렸다.

페로브스카이트 태양전지는 차세대 에너지원으로 꼽힌다. 그러나 제품별 성능 편차가 크다는 치명적 단점이 존재했다.

UNIST 양창덕·최경진 교수팀은 공정 방식을 재설계했다.

연구진, (좌측부터) 양창덕 교수, 최경진 교수, 박지원 연구원, 김지은 연구원, 노영임 연구원. UNIST 제공

패시베이션(결함 제거) 물질을 진공에서 휘발시켜 표면에 도포했다.

실험을 위해 열 안정성이 우수한 PDI 물질을 새로 선정했다. 정밀 제어로 분자를 표면에 바짝 붙이는 데 성공했다. 에너지 손실은 줄었고, 결함 발생 지점도 차단됐다.

성과는 세 가지다. 첫째, 효율 상승이다. 단일 전지 26.05%, 탠덤 전지 33.09%를 달성했다. 둘째, 균일성 확보다. 제작된 전지들의 성능이 일정하게 유지됐다. 셋째, 수명 연장이다. 고온 작동 테스트에서 수명이 55% 증가했다.

학계는 이번 연구가 탠덤 태양전지의 상용화 시점을 대폭 앞당길 것으로 평가한다.

연구그림, PDI 기체를 페로브스카이트 표면에 고르게 쌓아 패시베이션층을 만드는 과정과 페로브스카이트·실리콘 탠덤 태양전지 구조.

과학기술정보통신부 한국연구재단과 한국에너지기술평가원의 지원으로 수행된 이번 연구는 국제 학술지 'Energy & Environmental Science'에 출판됐다.

영남취재본부 김수로 기자 relationship6007@asiae.co.kr