'20%대 효율' 휘어지는 태양전지 내놓은 화학硏

유연한 페로브스카이트 개발
대량생산 롤투롤 공정기술도

서장원 화학연 박사 연구팀이 세계 최고 수준의 효율을 지닌 '유연 페로브스카이트 태양전지' 를 대면적 롤투롤 공정으로 제작하는 데 성공했다. 화학연 제공

국내 연구진이 차세대 태양전지로 각광받고 있는 '페로브스카이트'를 유연하면서 세계 최고 효율로 제작할 수 있는 기술을 내놨다.

한국화학연구원은 서장원 박사 연구팀이 태양전지 광전변환 효율이 20.7%에 달하는 '유연 페로브스카이트 태양전지'를 개발했다고 17일 밝혔다. 페로브스카이트는 부도체, 반도체, 도체의 성질에 초전도 현상까지 가진 산화물로, 이를 태양전지의 광흡수층으로 사용하면 기존 실리콘 태양전지보다 높은 효율을 나타낸다.

지금까지 유리기판으로 만드는 딱딱한 페로브스카이트 태양전지는 유연한 페로브스카이트 태양전지에 비해 효율이 낮아 20%를 넘지 못했다.

연구팀은 잘 휘어지는 고분자 기판 위에 전자를 이동시키는 전자수송층을 주석산화물 입자가 촘촘히 들어간 층과 아연산화물 입자가 듬성듬성 들어간 다공성 층을 이중으로 만들어 페로브스카이트층에서 생성된 전자가 잘 이동하도록 구현했다. 그 결과, 20.7%의 효율을 달성했다.

연구팀은 또 핀란드의 연구소 VTT 기술연구소와 함께 유연한 페로브스카이트 태양전지를 신문 인쇄하듯 빠르고 저렴하게 대량 생산할 수 있는 '롤투롤 공정 기술'을 개발했다. 인체에 무해하고 공정시간에 영향을 받지 않는 새로운 비용매(페로브스카이트를 녹이지 않는 용매)를 이용해 페로스카이트 박막을 파일럿 규모에서 제작하는 데 성공했다.

서장원 화학연 박사는 "유연 페로브스카이트 태양전지를 롤투롤 용액 공정으로 저렴하게 만들 수 있어 웨어러블 기기나 건물, 자동차 등에 널리 활용할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

이 연구결과는 에너지 소재 분야 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(10월호)'에 실렸다.

이준기기자 bongchu@dt.co.kr