에기연, 페로브스카이트·박막 탠덤 태양전지 개발
세계 최고 효율 23.64% 달성..기존 18.1% 웃돌아
세계 최고 효율 23.64% 달성..기존 18.1% 웃돌아
한국에너지기술연구원은 김기환·정인영 박사 연구팀이 가벼우면서 유연한 페로브스카이트·GIGS(구리·인듐·갈륨·셀레늄) 탠덤 태양전지를 제작해 23.64%의 세계 최고 수준의 전력생산 효율을 기록했다고 3일 밝혔다.
기존에는 실리콘 기반의 단일접합 태양전지가 주로 사용된다. 하지만 전력생산 효율에 한계가 있어 실리콘 태양전지에 페로브스카이트 태양전지를 접합하는 방식으로 효율을 34.6%까지 높일 수 있는 탠덤 태양전지가 주목받고 있다. 다만, 페로브스카이트와 실리콘 탠덤 태양전지에 비해 효율이 낮고 제작이 어려워 상용화 단계에 들어서지 못했다.
연구팀은 유리 기판 위에 폴리이미드층을 코팅하고, 그 위에 페로브스카이트와 CIGS 탠덤 태양전지를 제작한 뒤 분리하는 '리프트 오프(Lift-off)' 방식을 도입해 전지의 유연성과 경량성을 높였다. 딱딱한 기판 기판 위에 유연성이 좋은 폴리이미드를 깔고, 그 위에 태양전지의 각 층을 균일하게 증착시켜 필름처럼 떼어내는 방식으로 23.64%의 전력 생산 효율을 달성했다. 이는 기존 유연 페로브스카이트·CIGS 탠덤 태양전지의 최고 효율인 18.1%를 크게 웃도는 수치다.
연구팀은 또한 태양전지 제작 과정에서 칼륨이 광흡수층에 과도하게 확산되는 것을 최소화해 성능 저하를 막았다. 시뮬레이션 결과, 10만 번의 구부림 테스트에서 초기 효율이 97.7% 유지하는 등 우수한 내구성을 보였다고 연구팀은 설명했다.
연구를 주도한 정인영 에기연 선임연구원은 "유연성과 경량성을 갖춘 고효율 차세대 태양전지 기술의 상용화 가능성을 입증한 성과"라며 "앞으로 대면적화 공정 개발과 안정성 향상 연구를 통해 신재생에너지 보급 확대에 기여하겠다"고 말했다.
이 연구결과는 에너지·재료 분야 국제 학술지 '줄(3월호)'에 실렸다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr
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