UNIST 연구진이 페로브스카이트 태양전지 실험을 수행하고 있다. [UNIST 제공]

국내 연구진이 차세대 페로브스카이트 태양전지의 세계 최고 효율을 경신하면서 상용화의 기대감을 높였다.

울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 석상일 특훈교수팀은 ‘페로브스카이트 광활성층 반도체의 결정성을 제어하는 새로운 방법과 원리’를 발견하고 고효율 페로브스카이트 태양전지를 제조하는 기술을 개발했다. 이 원리를 페로브스카이트 태양전지의 제조에 활용해 세계 최고의 효율인 26.08%를 달성했고, 미국 재생에너지연구소에서 세계 최고 효율로 공식 인정받았다.

이번 연구성과는 과학분야 국제학술지 ‘네이처’ 2월 16일(현지시각) 공개됐다.

페로브스카이트 태양전지는 얇고 가볍고 유연하며, 용액공정으로 값싸게 만들 수 있는 차세대 태양전지다. 페로브스카이트는 전하(전자, 정공)를 만드는 광활성층 물질로 사용된다. 페로브스카이트 태양전지의 고효율화에는 페로브스카이트 박막의 결정 속에 결함을 낮게 제어하는 것이 매우 중요하다. 이러한 결함은 태양전지의 장기 안정성에도 큰 영향을 미친다. 박막의 생성 과정 제어와 이 과정의 원리에 대한 이해는 높은 효율과 장기 안정성을 동시에 만족하는 핵심적인 요소 기술이다.

석상일 UNIST 특훈교수 [UNIST 제공]

석상일 교수는 “페로브스카이트 구성 성분과 결합하면서 결정화가 이뤄지는 단계에서 탈양자화가 일어나는 알킬암모늄 클로라이드을 사용했는데, 이런 최적의 조합이 이번 연구 결과의 핵심”이라며 “박막의 표면을 극도로 평탄하게 하면서 치밀하고, 결정의 내부 결함을 최소로 하는 결정성이 매우 우수한 페로브스카이트 박막 제조가 가능했다”고 설명했다.

그는 또 “이번 연구를 통해 26% 이상의 효율을 가지는 페로브스카이트 태양전지는 실리콘 태양전지가 가진 효율을 조만간 능가할 수 있을 것”이라며 “27% 이상의 효율을 달성하기 위한 여정의 출발점”이라고 강조했다.

석상일 교수는 페로브스카이트 태양전지의 20% 효율을 처음 넘겼으며 세계 최고의 공인 효율 기록을 보유하고 있다.

특히 페로브스카이트 이종접합 태양전지 구조를 세계 처음으로 발표했고, 지금도 25% 이상의 고효율 페로브스카이트 태양전지는 모두 이 구조를 갖는다. 그는 학문적인 우수성도 인증받아 세계 최고 권위의 저널인 ‘네이처’와 ‘사이언스’에만 10편의 논문을 보고했다.

구본혁 기자