“中·獨 다 제쳤다” 韓 세계 신기록…페로브스카이트 탠덤 태양전지 최고효율 26.7%

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 개발한 차세대 페로브스카이트 탠덤 태양전지가 세계 신기록을 작성했다.

한국에너지기술연구원은 태양광연구단이 페로브스카이트/CIGS 탠덤 태양전지 분야에서 26.7%의 세계 최고 공인 효율을 달성하며 새로운 기록을 달성했다고 1일 밝혔다.

이번 성과는 독일 프라운호퍼 태양에너지시스템연구소(이하 ‘프라운호퍼 ISE’)로부터 공식 인증을 받았으며, 미국 국립록키연구소(NLR)가 발표하는 ‘태양전지 유형별 최고 효율 기록표’에도 세계 최고 기록으로 등재됐다.

지난해 서울대학교·한국과학기술연구원(KIST) 공동연구팀이 26.3%로 세계 최고 효율을 달성한 데 이어, 같은 분야에서 다시 한번 세계 신기록을 갈아치우며 중국과 독일을 제치고 우리나라가 차세대 박막 태양전지 기술을 선도하고 있음을 다시 한번 입증했다.

태양광 발전에는 실리콘 기반 단일접합 태양전지가 주로 사용된다. 생산 단가가 싸고 대량 생산에 유리하기 때문이다. 하지만 전력 생산 효율의 한계가 명확해 실리콘 태양전지에 페로브스카이트 태양전지를 접합하고 효율을 높인 유연 박막 페로브스카이트·CIGS 탠덤 태양전지가 개발되고 있다. CIGS 기반 박막 태양전지는 매우 가볍고 휘어지는 특성을 가져 곡선 형태의 건물, 자동차, 항공기 등에 활용될 수 있다. 하지만 페로브스카이트·실리콘 탠덤 태양전지에 비해 효율이 낮고 제작의 난이도가 높아 상용화 단계에 접어들지 못했다.

연구진이 개발한 페로브스카이트/CIGS 탠덤 태양전지는 위쪽에 페로브스카이트 태양전지, 아래쪽에 CIGS 태양전지를 배치해 서로 다른 파장대의 태양 빛을 나누어 흡수하는 구조다. 두 소재 모두 얇은 막 형태로 제작할 수 있어 높은 효율은 물론 가볍고 유연하게 만들 수 있다는 강점을 동시에 지닌다.

그러나 두 태양전지를 하나로 결합하는 과정에서 페로브스카이트 광 흡수층이 열화될 수 있고, 일부 구성층이 빛을 불필요하게 흡수해 성능이 저하될 수 있다. 에너지연 연구진은 손실 원인을 여러모로 분석해 페로브스카이트의 손상을 줄일 수 있는 계면층 소재와 공정 기술을 개발했다. 또 상부 투명전극과 전하수송층의 구조를 최적화해 불필요한 빛 흡수를 줄이고 광전류 손실을 최소화하는 데 성공했다.

이를 통해 연구실 기준 27%의 효율을 달성했으며, 프라운호퍼 ISE로부터 26.7%의 공인 효율​을 인증받았다.

이 기술은 같은 면적에서 더 많은 전기를 생산할 수 있어 태양광 발전의 활용 범위를 넓힐 것으로 기대된다. 특히 가볍고 유연한 박막 구조로 제작할 수 있어 건물, 자동차는 물론, 무게와 설치 면적이 중요한 소형 위성과 우주 데이터센터 등 미래 우주산업의 전력원으로도 활용 가능성이 높다.

정인영 한국에너지기술연구원 태양광연구단 선임연구원은 “이번 성과는 페로브스카이트와 CIGS를 결합하는 과정에서 발생하는 계면 손실과 광학적 손실을 함께 줄여 효율과 안정성을 동시에 높였다는 데 의미가 있다”며 “세계적인 인증기관에서 효율을 확인받고 최고 효율로 등재된 것은 우리 기술의 경쟁력을 객관적으로 인정받은 결과”라고 밝혔다.