에너지연, 페로브스카이트/CIGS 탠덤 태양전지 세계 최고 효율 26.7% 달성
- 독일 프라운호퍼 ISE 공인 인증… 미국 NLR에서 발표하는 세계 최고 효율 기록표에 등재
- 국내 연구진이 1년 만에 또 세계 기록 경신... 차세대 박막 태양전지 기술 경쟁력 입증
■ 한국에너지기술연구원(이하 '에너지연') 태양광연구단이 페로브스카이트/CIGS 탠덤 태양전지 분야에서 26.7%의 세계 최고 공인 효율을 달성하며 새로운 기록을 썼다.
■ 이 성과는 독일 프라운호퍼 태양에너지시스템연구소(이하 ‘프라운호퍼 ISE’)로부터 공식 인증을 받았으며, 미국 국립록키연구소(NLR, 舊 NREL)가 발표하는 '태양전지 유형별 최고 효율 기록표(Best Research-Cell Efficiencies Chart)'에도 세계 최고 기록으로 등재됐다.
□ 지난해 서울대학교·한국과학기술연구원(KIST) 공동연구팀이 26.3%로 세계 최고 효율을 달성한 데 이어, 국내 연구진이 같은 분야에서 다시 한번 세계 신기록을 갈아치우며 우리나라가 차세대 박막 태양전지 기술을 선도하고 있음을 입증했다.
□ 현재 가장 널리 사용되는 실리콘 태양전지는 기술적으로 이미 성숙 단계에 이르러, 하나의 소재만으로 효율을 계속 끌어올리는 데 물리적 한계가 있다. 이 때문에 서로 다른 특성을 가진 태양전지를 층층이 겹쳐 태양 빛을 폭넓게 활용하는 탠덤 태양전지가 차세대 고효율 태양광 기술로 주목받고 있다.
□ 에너지연 연구진이 개발한 페로브스카이트/CIGS 탠덤 태양전지는 위쪽에 페로브스카이트 태양전지, 아래쪽에 CIGS 태양전지를 배치해 서로 다른 파장대의 태양 빛을 나누어 흡수하는 구조다. 두 소재 모두 얇은 막 형태로 제작할 수 있어 높은 효율은 물론 가볍고 유연하게 만들 수 있다는 강점을 동시에 지닌다.
□ 그러나 두 태양전지를 하나로 결합하는 과정에서 페로브스카이트 광 흡수층이 열화될 수 있고, 일부 구성층이 빛을 불필요하게 흡수해 성능이 저하될 수 있다. 에너지연 연구진은 손실 원인을 여러모로 분석해 페로브스카이트의 손상을 줄일 수 있는 계면층 소재와 공정 기술을 개발했다. 또 상부 투명전극과 전하수송층의 구조를 최적화해 불필요한 빛 흡수를 줄이고 광전류 손실을 최소화하는 데 성공했다.
□ 이를 통해 연구실 기준 27%의 효율을 달성했으며, 프라운호퍼 ISE로부터 26.7%의 공인 효율을 인증받았다.
□ 이번 기술은 같은 면적에서 더 많은 전기를 생산할 수 있어 태양광 발전의 활용 범위를 넓힐 것으로 기대된다. 특히 가볍고 유연한 박막 구조로 제작할 수 있어 건물, 자동차는 물론, 무게와 설치 면적이 중요한 소형 위성과 우주 데이터센터 등 미래 우주 산업의 전력원으로도 활용 가능성이 높다.
■ 연구를 주도한 정인영 선임연구원은 “이번 성과는 페로브스카이트와 CIGS를 결합하는 과정에서 발생하는 계면 손실과 광학적 손실을 함께 줄여 효율과 안정성을 동시에 높였다는 데 의미가 있다”라며, “세계적인 인증 기관에서 효율을 확인받고 최고 효율로 등재된 것은 우리 기술의 경쟁력을 객관적으로 인정받은 결과”라고 밝혔다.
□ 해당 성과는 한국에너지기술연구원 기본사업과 과학기술정보통신부 무탄소에너지핵심기술개발사업 등의 지원을 받아 수행됐다.