OLED TV처럼 태양전지 제작..효율 20% 넘었다

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 박막증착 공정 방식으로 태양광·전기 변환 효율 20%를 넘어 선 페로브스카이트 태양전지를 개발했다. 이를 통해 앞으로 전지를 대량생산해 태양전지 상용화를 앞당길 가능성을 제시했다.

박혜성 울산과학기술원 교수.(사진=울산과학기술원)

울산과학기술원(UNIST)은 박혜성 신소재공학과 교수팀이 고효율· 장수명 페로브스카이트 태양전지를 진공 박막증착 공정으로 제조했다고 1일 밝혔다.

진공 박막증착은 원료 물질을 진공 상태서 증발시켜 기판에 얇게 입히는 방식으로 대형 OLED TV 제조에 주로 쓰인다.

이번에 개발된 페로브스카이트 태양전지는 태양광·전기 변환 효율이 21.4%를 기록했다. 진공 박막증착 공정으로 만든 페로브스카이트 태양전지 중에서는 가장 높다. 전지 전체를 보호물질로 감싸는 봉지막 공정 없이 1000시간 전지를 작동시켰을 때 초기 효율의 60% 이상을 유지했다.

페로브스카이트 태양전지는 페로브스카이트 물질 바로 위에 얇은 막을 만들어 수분과 열에 약한 페로브스카이트를 보호한다. 기존 ‘루델스덴-포퍼’ 구조 피막은 내부 입자 배열이 불규칙해 전기를 만드는 효율을 떨어뜨렸는데 연구팀이 내부 원자의 정렬 방향을 맞춘 보호 피막을 합성해 이를 해결했다. 증착 과정에서 박막 형성 속도와 같은 공정 변수를 조절하는 기술도 썼다.

이 보호 피막을 입힌 페로브카이트 태양전지는 수분뿐만 아니라 열 내구성 실험에서도 우수한 성능을 보였다.

박혜성 교수는 “박막 증착은 페로브스카이트 태양전지를 상용화 가능한 큰 크기로 제작하는 데 유리한 제조방식”이라며 “이 방식으로 만든 페로브스카이트 태양전지의 효율이 20%를 넘어섰다는 점에서 고무적”이라고 말했다.

연구 결과는 에너지 분야 국제 학술지 ‘에너지와 환경과학(Energy & Environmental Science)’에 지난 6월 21일자로 온라인 공개됐다.