국내 연구진, ‘세계 최고 효율’ 페로브스카이트 태양전지 개발

석상일 한국화학연구원 박사 연구팀

아주경제 김봉철 기자 = 국내 연구진이 세계 최고 효율(17.9%)의 ‘무·유기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지’를 개발했다.

미래창조과학부는 석상일(성균관대 에너지과학과 교수) 한국화학연구원 박사 연구팀이 고효율의 무·유기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지 제조 공정 기술을 개발했다고 10일 밝혔다.

무·유기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지는 값싼 무기물과 유기물이 결합해 페로브스카이트 결정 구조를 가지면서도 화학적으로 쉽게 합성되는 소재를 이용해 제조한 태양전지다.

이번 연구는 현재 상용화되고 있는 실리콘 태양전지에 필적하는 고효율 태양전지를 저가로 제조할 수 있는 기술이라는 평가를 받고 있다.

무·유기 하이브리드 페로브스카이트 박막 제조 공정도.[미래부 제공]

실리콘 태양전지는 20% 가량의 효율을 갖지만 고난도 제조 공정에 따른 높은 가격 때문에 화석연료로 생산된 전기와 경쟁하기에는 무리가 있다.

대안으로 다른 소재를 사용한 태양전지에 대한 연구가 진행돼 왔으며 이 가운데 무·유기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지가 2012년부터 본격적으로 연구되기 시작했다.

연구팀은 지난해 초 무·유기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지 플랫폼 기술을 개발한 바 있다.

무·유기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지의 핵심요소인 매우 균일하고 치밀한 박막을 제조하기 위해 해당 태양전지의 구조를 구명하고, 값싸면서도 손쉬운 공정 기술을 개발했다.

더 나아가 값싼 무·유기물로 기판을 구성한 뒤 이번에 개발한 공정 기술로 균일하고 치밀한 페로브스카이트 박막을 기판에 입힘으로써 세계 최고 효율을 가진 무·유기물 하이브리드 페로브스카이트 태양전지를 제조했다.

이번 연구결과는 태양전지의 효율을 공식적으로 공인하는 미국 재생에너지연구소(NREL)의 태양에너지 효율 기록지에 세계 최고의 효율로 연속 등재(2013년 16.2%, 2014년 17.9%)돼 그 우수성이 객관적으로 검증됐다.

연구팀은 “이번 연구는 그동안 효율 향상에 어려움이 있던 차세대 태양전지의 효율을 획기적으로 향상시키고 기존 태양전지에 비해 3분의 1 이하의 가격으로 제조가 가능한 기술”이라며 “고효율과 저가라는 두 가지 화두를 모두 만족하면서 고유 기술로 이뤄진 성과”라고 밝혔다.

이어 “앞으로 대면적 스케일의 연속 코팅 공정을 위한 핵심 소재 개발과 상용화 공정 기술 개발을 통해 실용화가 이뤄질 경우 현재 사용하고 있는 화석연료와 가격 경쟁이 가능할 것으로 기대된다”고 설명했다.

한편 미래부가 추진하는 글로벌프론티어사업의 멀티스케일에너지시스템연구단(단장 최만수) 및 글로벌연구실사업과 한국화학연구원의 KRICT 2020 사업의 지원으로 수행된 이번 연구는 세계적 학술지인 ‘Nature Materials’ 7월 6일자 온라인판에 게재됐다.