세계 최고 효율의 하이브리드 페로브스카이트 태양전지 개발
- 극도의 균일하고 치밀한 구조를 가진 다층박막 생성 원리 구명과 실현 -
국내 연구진이 세계 최고 효율(17.9%)의 무·유기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지*의 구조와 제조 공정 기술을 개발하였다. 더 나아가 저렴한 화학소재와 손쉬운 공정으로 값싸게 실현하여 기존에 상용화되어 있는 실리콘 태양전지에 필적하는 고효율 태양전지를 저가로 제조할 수 있는 길을 찾았다.

* 무·유기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지 : 값싼 무기물과 유기물이 결합하여, 페로브스카이트** 결정 구조를 가지면서도 화학적으로 쉽게 합성되는 소재를 이용하여 제조한 태양전지

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

o 이번 연구는 미래창조과학부가 추진하는 글로벌프론티어사업의 멀티스케일에너지시스템연구단(단장 최만수) 및 글로벌연구실사업 한국화학연구원의 KRICT 2020 사업 지원으로 수행되었고, 한국화학연구원 석상일 박사(성균관대학교)가 주도하고 전남중 박사, 노준홍 박사 등이 공동으로 수행하였다. 연구결과는 Nature Materials 誌 7월 6일(일)자 온라인판에 게재되었다.

* 논문명 : Solvent-engineering for high performance inorganic-organic hybrid perovskite solar cells

현재 상용화된 실리콘 태양전지는 20% 가량의 효율을 갖지만, 고난도의 제조 공정에 따른 높은 가격 때문에 화석연료로 생산된 전기와 경쟁하기에는 무리가 있다. 이에 대한 대안으로 다른 소재를 사용한 태양전지에 대한 연구가 진행되어 왔으며, 그중 무·유기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지는 2012년부터 본격적으로 연구되기 시작했다.

연구팀은 2013년 초, 무·유기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지 플랫폼 기술을 개발(Nature Photonics '13.5.5)하였고, 이번 연구는 그 연장으로 무·유기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지의 핵심요소인 매우 균일하고 치밀한 박막을 제조하기 위해, 해당 태양전지의 구조를 구명하고 값싸면서도 손쉬운 공정 기술을 개발하였다.

o 더 나아가서 값싼 무·유기물로 기판을 구성하고, 개발한 공정 기술로 균일하고 치밀한 페로브스카이트 박막을 기판에 입힘으로써 세계 최고 효율을 가진 무·유기물 하이브리드 페로브스카이트 태양전지를 제조하였다.
o 연구팀이 수행한 연구결과는 태양전지의 효율을 공식적으로 공인하는 미국 재생에너지연구소(NREL)*의 태양에너지 효율 기록지에 세계 최고의 효율로 연속 등재(2013년 16.2%, 2014년 17.9%)되어 그 결과의 우수성이 객관적으로 검증되었다.

* NREL(National Renewable Energy Laboratory) : 태양전지와 같은 신 재생에너지를 연구하는 미국의 대표적인 국가 연구 기관

연구팀은 "이번 연구는 그 동안 효율 향상에 어려움을 가지고 있던 차세대 태양전지의 효율을 획기적으로 향상시키고 기존 태양전지에 비하여 1/3 이하의 가격으로 제조가 가능한 기술로서, 고효율과 저가라는 두 가지 화두를 모두 만족하면서 고유 기술로 이루어진 성과이다. 향후 대면적 스케일의 연속 코팅 공정을 위한 핵심 소재 개발과 상용화 공정 기술 개발을 통해 실용화가 이루어질 경우 현재 사용하고 있는 화석연료와 가격 경쟁이 가능할 것으로 기대된다."라고 밝혔다.