세계 최고효율 '하이브리드 태양전지' 기술 개발

화학연 석상일 박사팀 개발… 무·유기물 장점 결합, 고효율·저비용·고내구성

국내 연구진이 광자를 전자로 변환시켜 에너지를 얻는 태양전지 내부를 유기물질과 무기물질로 적절히 구성해 경제성과 내구성, 효율성을 한꺼번에 높이는 데 성공했다.

한국화학연구원 석상일 박사(사진·성균관대학교 에너지과학과 교수) 연구팀은 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 글로벌연구실사업 및 한국화학연구원이 추진하는 KRICT2020사업의 지원을 받아, 기존 태양전지의 기술적 한계를 극복한 고효율, 저가격 및 고내구성 모두를 만족하는 새로운 플랫폼의 무·유기 하이브리드 이종 접합 태양전지 제조기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

기존 태양전지 기술은 효율이 높지만, 고가인 반도체 박막태양전지. 반도체 박막태양전지는 효율이 비교적 높고 저가에 제조할 수 있지만 장기 안정성에 취약한 염료감응 태양전지, 저가로 제조할 수 있었다.

연구팀은 무ㆍ유기 소재의 장점과 나노구조의 장점 및 화학적 용액 공정의 장점을 결합해 저가이면서 효율이 높고 내구성도 뛰어난 태양전지 제조를 위한 새로운 플랫폼 기술을 제시했다.

무기물로 구성된 나노구조의 광 전극에 용액공정을 이용한 결정성 무·유기 하이브리드 소재를 광흡수체로 충진하고, 상부에 용액공정을 이용한 홀전도성 공액 고분자를 도입하는 매우 단순한 공정을 이용해 이 분야 세계 최고인 효율 12% 이상의 태양전지를 제조할 수 있게 됐다.

앞으로 제조공정의 최적화에 따라 효율 15% 이상도 기대할 수 있을 것으로 보인다.

기존 태양전지에 비해 화학적으로 쉽게 합성할 수 있는 저가의 소재를 사용하고, 그 소재를 유기용매에 용해해 코팅하는 경제적이고 단순한 공정을 통해 제조단가 인하에 기여할 것이란 설명이다.

석상일 박사는 “태양전지 제조의 핵심인 소재·구조·공정에서의 장점을 유기적으로 결합해, 차세대 태양전지의 꿈인 고효율·저가·고내구성 모두를 만족할 수 있을 뿐만 아니라 대면적이나 유연성 기판에도 쉽게 적용할 수 있는 플랫폼 기술”이라고 연구의의를 밝혔다.

한편, 이 논문은 네이처지 4월호 연구하이라이트(Research Highlight)로 소개됐으며, 나노레터스(Nano Letters)지 4월호에도 주요 논문으로 소개, 가장 많이 읽은(Most Read Article) 논문으로 꼽히고 있다.

권은남 기자 silver@