차세대 페로브스카이트 태양전지 구현 기술 개발

카이스트 신병하 교수팀

국내 연구진이 페로브스카이트를 이용해 서로 다른 두 종류 이상의 태양전지를 겹쳐 만든 ‘탠덤 태양전지’의 효율을 최고 수준으로 끌어올리는 데 성공했다.

카이스트(KAIST) 신소재공학과 신병하 교수 연구팀은 페로브스카이트 물질로 26.7%의 효율을 내는 차세대 페로브스카이트-실리콘 탠덤 태양전지를 개발했다고 30일 밝혔다.

기존의 단일 태양전지는 이론적으로 30%의 한계 효율을 넘기 어려운 것으로 알려져 있다. 이 때문에 2개 이상의 태양전지를 쌓은 탠덤 태양전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

차세대 태양전지 소재로 주목받고 있는 페로브스카이트는 부도체·반도체·도체의 성질은 물론 초전도 현상까지 갖는 산화물이다.

연구팀은 기존 실리콘 태양전지 위에 이 페로브스카이트를 쌓아 올려 26.7%의 광 변환 효율을 달성했다. 밴드갭(반도체 내 전류를 흐르게 하는데 필요한 최소한의 에너지)이 작은 실리콘과 밴드갭이 큰 페로브스카이트를 함께 활용하면 짧은 파장은 물론 긴 파장의 빛까지 흡수할 수 있어 효율을 높일 수 있었기 때문이다.

연구팀은 새로운 음이온을 포함한 첨가제를 도입해 페로브스카이트의 불안정성 문제를 해결하면 유·무기 하이브리드 페로브스카이트 물질을 이용한 태양전지, 발광 다이오드, 광 검출기와 같은 광전자 소자 분야에 응용될 수 있다고 설명했다. 

신 교수는 “이번 연구로 30% 이상의 고효율 탠덤 태양전지 구현을 앞당길 수 있게 됐다”고 말했다.

이번 연구에는 서울대 김진영 교수, 세종대 김동회 교수, 미국 국립재생에너지연구소 카이 쥬(Kai Zhu) 박사, 노스웨스턴대학 정희준 박사가 참여했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘사이언스’(Science) 지난 26일 자 온라인판에 실렸다.

대전=임정재 기자 [e-mail]