석상일 박사팀 , 무·유기 하이브리드 페로브스카이트 소재 이용

국내 연구진이 값싼 무기물과 유기물을 합성해 효율이 높고 경제적인 태양전지를 만들 수 있는 기술을 개발했다. 한국화학연구원 석상일 박사 연구팀은 무·유기 하이브리드 페로브스카이트 소재를 이용해 태양광을 흡수하는 파장대역을 늘리면서 결정구조의 안정성을 향상시킨 태양전지 기술을 개발했다고 7일 밝혔다.

페로브스카이트는 부도체·반도체·도체의 성질은 물론 초전도 현상까지 보이는 특별한 구조의 금속 화합물로 발견자인 러시아 과학자 페로브스키의 이름을 따 명명됐다. 무·유기물을 결합, 페로브스카이트 결정구조를 가지면서 화학적으로 쉽게 합성되는 소재를 활용하면 적은 비용으로 태양전지를 만들 수 있다. 태양전지의 90% 이상을 차지하는 실리콘 태양전지는 효율이 높지만 많은 에너지가 필요하고 고가인 문제가 있다. 이를 대체하기 위해 식물의 광합성 원리를 모방한 염료감응 태양전지와 페로브스카이트 태양전지 등이 연구되고 있지만 여전히 효율이 낮다는 한계가 있다.

연구팀은 무·유기물이 혼합된 페로브스카이트 구조의 태양전지에 저가의 화학 소재를 저온 코팅하는 방법으로 이를 극복했다. 태양광을 흡수하는 파장 대역이 늘어나 효율이 높고 결정구조도 안정적인 게 장점이다. 특히 이 기술로 만든 태양전지는 기존 실리콘 태양전지(효율 약 20%)와 비슷한 수준인 18.4%의 광전변환 효율을 낼 수 있다. 이는 페로브스카이트 태양전지로 구현한 것 중 세계 최고 수준이다.

또 복잡한 공정과 고가의 장비가 요구되는 실리콘 태양전지보다 손쉽게 제조할 수 있으며 이에 따라 비용도 절감할 수 있다. 석 박사는 “저가 공정으로 개발된 기존 태양전지의 효율성 한계를 극복할 수 있는 공정기술을 개발한데 의미가 있다”며 “앞으로 대면적 연속공정 기술과 높은 안정성을 갖는 기술을 개발하면 실용화도 가능할 것으로 기대한다”고 말했다. 이번 연구결과는 세계적 과학저널 ‘네이처(Nature)’ 1월 7일자 온라인판에 게재됐다.
유주경 기자 willowind@ggilbo.com

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