한국화학연구원이 유연하면서도 효율이 높은 페로브스카이트 태양전지 기술을 개발했다고 17일 밝혔다.
페로브스카이트는 부도체·반도체·도체 성질은 물론 초전도 현상까지 보이는 특별한 구조의 물질로 AMX3 화학식을 갖는 구조체다. 발견자인 러시아 과학자 페로브스키의 이름을 땄다.
앞서 연구팀이 지난해 딱딱하고 두꺼운 유리기판으로 만든 페로브스카이트 태양전지의 효율은 당시 세계 최고였던 25.2%를 기록한 바 있는데 이번에는 유연한 형태의 태양전지도 20.7%로 세계 최고 수준의 효율을 보였다.
연구팀은 태양전지를 구성하는 층 중 전자를 이동시키는 전자수송층을 신규 이중층 구조로 만드는 등 낮은 온도로도 효율을 높이는 기술을 새롭게 개발했다.
먼저 작은 주석산화물 입자가 촘촘히 들어간 첫 번째 층을 형성하고 그 위에 큰 주석 아연산화물 입자를 다공성 구조로 두 번째 층을 만들었다.
이번 기술은 전자수송층을 통해 20.7% 효율을 달성했으며 20x20㎠ 대면적에서도 구현할 수 있었다.
이와 함께 연구팀은 유연한 페로브스카이트 태양전지를 신문을 인쇄하듯 그라비아 프린팅으로 빠른 속도로 저렴하게 대량 생산할 수 있는 롤투롤 공정 기술도 함께 개발했다.
인체에 무해하면서도 공정시간 변수에 크게 구애받지 않는 새로운 비용매(삼차부틸알코올, tert-butyl alcohol)를 개발했는데, 이를 활용한 롤투롤 공정을 통해 세계 최초로 파일럿 스케일에서 구현했다.
서장원 단장은 “유연 태양전지의 세계최고효율은 무기박막 태양전지에서 20.8%(스위스 EMPA)의 효율을 보고하고 있어 본 연구결과는 이에 비견될 만한 매우 우수한 결과”라며 “유연 페로브스카이트 태양전지는 롤투롤 용액 공정으로 만들 수 있어 저렴하고 가벼우며 곡선에도 부착할 수 있다는 장점이 있어 향후 자동차, 휴대용 전자기기 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다
