국내 연구진이 페로브스카이트 태양전지의 효율을 세계 최초로 20.1%까지 끌어올리는 새로운 공정기술을 개발했다.

페로브스카이트 태양전지는 기존 실리콘 태양전지보다 제조 단가가 저렴해 각광받고 있는 차세대 태양전지다.

미래창조과학부는 한국화학연구원 석상일 박사(성균관대학교 에너지과학과 교수 겸직)가 주도하고 양운석 박사과정, 노준홍 박사가 공동 제1저자로 참여한 태양전지 연구 결과가 국제학술지 사이언스 21일자 익스프레스판에 게재됐으며, 향후 사이언스 온라인 판 및 저널지에도 게재될 예정이라고 밝혔다.

사이언스 익스프레스판은 정식 출판되기 전 시간을 다투어 미리 알려야만 하는 중요한 논문들만 에디터가 특별 선정해 미리 온라인으로 출판하는 형태를 말한다.

석상일 박사 연구진은 지난 2012년부터 무기물과 유기물을 화학적으로 합성한 태양전지 소재 연구를 시작했으며, 기존 페로브스카이트 태양전지보다 고효율의 소재(광전변환 효율: 18.4 %, 공식 인증 효율: 17.9 %)를 합성하는데 성공하고 올 1월 네이처지에 신규 페로브스카이트 조성을 설계·합성하는 연구 결과를 발표한 바 있다.

페로브스카이트는 부도체, 반도체, 도체의 성질은 물론 초전도 현상까지 보이는 특별한 구조체를 말하며 발견자인 러시아 과학자 페로브스키를 기념해 이름이 지어졌다.

연구팀은 1월 개발한 페로브스카이트 태양전지의 추가 효율 향상을 위해 ‘화학분자 교환법’이라는 새로운 방식의 제조 공정을 개발했고, 이를 이용해 태양광을 더 효과적으로 흡수할 수 있는 고품질의 박막을 제조에 성공했다.

‘화학분자 교환법’은 서로 다른 화학분자가 순간적으로 교환될 수 있는 공정으로, 결함이 적고 결정성이 우수한 화학물질을 제조하는 방법이며 용액공정을 이용해 대규모로 제작할 수 있는 장점이 있다.

이 공정을 통해 제작된 태양전지는 상용화된 실리콘 태양전지와 비슷한 에너지 변환효율 20.1%를 나타내며, 미국 재생에너지연구소(NREL)에서 공식 인증 받았다.

석상일 박사는 “세계적으로 이슈가 되고 있는 미래 신재생 에너지 경쟁에서 선두를 점할 수 있는 원천기술을 국내에서 개발했다는 데 의미가 있다”며, “이번 개발된 공정 기술은 대규모 연속공정 기술에 쉽게 적용할 수 있어 빠른 상용화가 가능할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

이번 성과로 정부가 지난 4월 기후변화 대응을 위한 ‘에너지 신산업 및 핵심 기술개발 전략’ 이행계획을 통해 밝혔던 차세대 태양전지 핵심기술 개발 및 신산업 활성화에 탄력이 붙을 것으로 예상된다.