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한국화학연구원, 페로브스카이트 태양전지 세계 최고효율 인증

작성자 : 이용우 2017-12-15 | 조회 : 1058

실리콘 태양전지 효율에 버금가며, 기존 박막 태양전지의 CdTe 및 CIGS 태양전지 최고효율 보다 높아

한국화학연구원(정순용 원장 직무대행 www.krict.re.kr, 이하 화학(연))이 페로브스카이트 태양전지* 분야에서 세계 최고효율 22.7%를 기록해 미국재생에너지연구소(NREL)**의 공식인증을 받았다.

* 부도체·반도체·부도체의 성질은 물론 초전도 현상까지 보이는 특별한 구조의 물질로 AMX3 화학식을 갖는 구조체(A, M은 양이온, X는 음이온, 발견자인 러시아 과학자 페로브스키를 기념하여 명명함)

** National Renewable Energy Laboratory, 태양전지와 같은 신 재생에너지를 연구하는 미국의 대표적인 국가 연구기관

▲ 미국재생에너지연구소(NREL)에서 제공하는 세계 최고 효율 인증 기록 차트(2017년 10월 30일자)

화학(연) 서장원 박사 연구팀이 기록한 ‘페로브스카이트 태양전지 최고효율(22.7%)’은 2016년 3월에 얻은 22.1%의 효율을 약 1년여 만에 갱신한 성과다. 이전에는 페로브스카이트 소재 조성을 변화시키고 결함을 최소화하여 효율을 높였으면, 이번에는 태양전지 소자의 전압을 높이기 위한 연구를 수행***하여 태양전지 효율을 향상시켰다.

*** 태양전지 소자 효율은 단위 면적당 입사하는 빛 에너지와 태양전지 출력의 비율을 의미한다. 소자 효율을 측정하는 항목에는 개방전압, 단락전류밀도, 성능지수가 있는데, 기존에는 이 세 항목 중 단락전류밀도와 성능지수를 향상시키는데 초점을 두었으나 이번에는 개방전압을 높이는 연구를 진행하였다. 전압이 높으면 태양전지의 효율이 향상된다.

차세대 페로브스카이트 태양전지 기술은 기후변화에 대응하여 미래 신산업 창출이 가능한 태양광 후보기술로서, 저렴하고 제작이 용이하며 유연하고 가볍다는 장점이 있다. 화학(연) 정순용 원장 직무대행은 “한국화학연구원은 2012년부터 본격적으로 페로브스카이트 소재를 이용해 연구해왔다. 현재 페로브카이트 태양전지의 효율을 더욱 높이기 위해 원천소재, 공정 및 소자 구조와 관련된 기술을 세계적으로 선도하고 있다”고 밝혔다.

‘페로브스카이트 태양전지 최고효율(22.7%)’은 기존 실리콘 태양전지에 버금(25~26%)가며, 기존 박막 태양전지의 CdT나 CIGS 태양전지****의 최고효율인 22.1%와 22.6%보다 높은 효율에 해당된다.

**** 태양전지는 태양의 빛에너지를 전기에너지로 전환하는 장치로, 빛을 흡수하는 반도체 소재는 그 종류에 따라 실리콘계, 화합물 반도체계, 유기계, 무유기계 등으로 분류될 수 있다. 2세대 태양전지인 박막 태양전지는 특정기판 위에 화합물 반도체 소재를 박막형태로 증착하는 방식으로 제작하는데, 소재종류에 따라 카드뮴(Cd)과 텔로라이드(Te)로 구성된 CdTe 태양전지와 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se) 등으로 구성된 CIGS 태양전지로 나뉜다.

특히 화학(연)이 해당분야에서 공식 인증기록을 5번째 갱신하며, 여전히 페로브스카이트 고효율 분야를 선도하고 있다는 것을 입증했다는 데에 큰 의미가 있다.