"태양전지 효율 25% 높였다"…화학연, 네이처 표지 장식

머니투데이

한고은 기자

25일 발간되는 국제학술지 네이처 표지. /사진=네이처

국내 연구진이 개발한 초고효율 페로브스카이트 기술이 국제학술지 '네이처'의 표지논문으로 선정됐다.

한국화학연구원은 25일 "화학연 연구팀이 차세대 태양전지로 주목받는 페로브스카이트 태양전지의 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있는 핵심 소재 기술 개발에 성공해 네이처지 표지논문에 선정됐다"고 밝혔다. 논문은 이날 온라인으로 공개됐다.

페로브스카이트 태양전지는 현재 상용화돼있는 실리콘 태양전지와 비교해 제조가 쉽고, 비용은 낮아 신재생에너지 분야 신기술로 주목받고 있다.

빛을 전기로 바꾸는 효율(광전변환효율)이 아직 실리콘 태양전지(26.7%)에 비해 낮지만, 지난 2019년 화학연이 페로브스카이트 태양전지 효율을 당시 세계 최고인 25.2%(0.1㎠ 소자 기준)까지 높이는데 성공했다.

이번에 네이처 표지논문으로 선정된 논문은 2019년 화학연이 발표했던 내용으로 1년 여간의 동료검증 과정 등을 거쳤다. 현재 가장 높은 페로브스카이트 태양전지 효율은 울산과학기술원이 실험실 수준에서 달성한 25.5%다.

연구팀은 페로브스카이트 태양전지를 구성하고 있는 페로브스카이트층과 전자수송층의 소재를 개선해 효율을 높였다.

페로브스카이트층은 빛을 잘 흡수하는 검은색 결정과 빛을 잘 흡수하지 못하는 노란색 결정이 섞여있었는데, 연구팀은 페로브스카이트 층에 투입할 수 있는 적절한 브롬(Br) 비율을 찾아내 검은색 결정을 더 안정적으로 확보할 수 있었다.

또 전자수송층으로 사용되는 주석산화물 소재가 강한 산성 환경에서 결함이 줄어든다는 사실을 발견해 다양한 합성 변수를 조절해 결함이 적은 전자수송층을 개발했다.

연구팀은 같은 기술로 1㎠ 소자에서 23% 효율을 달성해 페로브스카이트 태양전지 상용화에 필요한 대면적화 가능성도 증명했다.

연구팀은 또 그동안 5~10% 수준에 그쳤던 페로브스카이트 태양전지의 발광효율을 세계 최고 수준인 17%로 끌어올려 페로브스카이트 태양전지를 발광소자로 활용할 수 있는 기술적 토대도 마련했다. 페로브스카이트 기술이 신재생에너지뿐만 아니라 디스플레이 등 다양한 분야에서 쓰일 가능성을 연 것이다.

연구를 이끈 서장원 화학연 박사는 "이번에 보고한 25% 이상의 높은 효율은 이론효율(31%)의 80.5%에 해당된다"며 "효율 향상이 좀 더 이루어진다면 기존 실리콘 태양전지의 최고효율에도 근접할 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다.