UNIST, 역구조 페로브스카이트 태양전지 효율 26.3%

UNIST(울산과학기술원) 에너지화학공학과 석상일 특훈교수 연구팀이 역구조 페로브스카이트(특정 결정구조를 가진 화합물) 태양전지의 효율을 26.3%까지 끌어올렸다. 정구조용으로 개발된 고효율 원료를 역구조 소자에 그대로 적용하면 성능이 크게 떨어지는 원인을 처음으로 규명하고, 원료 조성과 결정 성장 과정을 새로 설계해 이 문제를 해결했다. 연구 결과는 국제학술지 줄(Joule)에 7월28일 온라인 게재됐다.

탠덤 태양전지 상용화의 걸림돌 풀어

역구조 페로브스카이트 태양전지는 전극과 소재를 쌓는 순서가 일반형(정구조)과 반대인 방식으로, 실리콘 태양전지 위에 페로브스카이트 태양전지를 쌓아 두 종류의 빛을 함께 흡수해 효율을 높이는 탠덤 태양전지의 상부 셀로 주로 쓰인다. 그런데 정구조에서 검증된 원료를 역구조에 그대로 가져다 쓰면 효율이 정구조의 3분의 2 수준까지 떨어지는 문제가 있어 탠덤 태양전지 상용화의 걸림돌로 꼽혀 왔다. 실리콘 단일 태양전지는 이론상 효율 한계가 있어, 서로 다른 파장의 빛을 나눠 흡수하는 탠덤 구조가 다음 세대 고효율 태양전지 방안으로 연구가 이어지고 있다.

810시간 광조사에도 80% 효율 유지

연구팀은 염화물 성분을 활용해 원료 조성과 박막 형성 과정을 다시 설계했다. 이렇게 만든 태양전지는 810시간 동안 빛을 계속 쬔 뒤에도 초기 효율의 약 80%를, 상온에서 1만시간 보관한 뒤에도 초기 효율의 97.4%를 유지해 안정성도 확인됐다. 석상일 교수는 "정구조용 원료 조성이 역구조에서 성능이 저하되는 근본 원인을 규명하고, 역구조 태양전지의 새로운 설계 원리를 제시했다는 점에서 의미가 크다"고 말했다. 이번 연구는 석 교수와 김종범·신나혜 연구원이 함께 수행했으며, 한국연구재단의 지원을 받았다.

자료: UNIST