한국에너지기술연구원은 송희은 태양광연구단 박사, 김가현 충북대 물리학과 교수 공동 연구팀이 실리콘 이종접합(SHJ) 태양전지 효율 저하 요인인 결함의 형태를 최초로 규명하는 데 성공했다고 20일 밝혔다. 이번 연구 결과는 결함을 억제하는 패시베이션 기술과 연계해 태양전지 효율 향상에 크게 이바지할 수 있을 것으로 전망된다.
태양전지 내 발생하는 결함은 손실을 일으키고 변환 효율과 전력 발생량을 감소시킨다. 이러한 결함 형태와 특성을 분석하기 위한 '심층준위과도분광(DLTS)' 분석법은 단순 구조 소자 분석에는 적합하지만, 실리콘 이종접합 태양전지 등 복합적 결함을 가지는 소자 분석에는 한계가 있다.
연구팀은 기존 분석 방식을 고도화하고 태양전지 과도응답 전체를 분석하는 새로운 해석 기법을 제안했다. 이를 통해 최근까지 한 종류일 것으로 가정했던 이종접합 태양전지 핵심 결함이 사실 두 가지의 결함이 중첩된 형태라는 것을 규명했다.
연구진이 발견한 두 가지 형태는 느린 상(깊은 결함)과 빠른 상(얕은 결함)으로, 두 형태를 각각 분석함으로써 심도, 소자 내 위치, 원자 결합 형태 등 다양한 특성이 서로 다르게 나타나는 것을 확인했다. 패시베이션 기술 연계를 위해 결함의 증감 등 정량적 평가와 더불어 소자 특성에 미치는 영향 중심 질적 평가도 매우 중요하다는 점을 입증했다.
연구진은 또 두 형태 결함은 태양전지의 제조 공정과 소자 구동에 따라 원자 간 결합과 상태가 변화할 수 있다는 것을 밝혀냈다. 특히 태양전지에 포함된 수소가 결함 상태 변화의 핵심 요인으로 작용한다는 것을 실험적으로 증명했다.
송희은 에너지연 박사는 “연구를 통해 고효율 실리콘 이종접합 태양전지 개발을 가속화하고, 나아가 에너지연의 독자 기술을 이용해 세계 최고 수준 적층형 태양전지를 구현할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
김가현 교수는 “개발된 분석 방식을 태양전지뿐 아니라 센서, LED 및 CMOS 반도체 소자 등 다양한 반도체 및 디스플레이 응용 분야로 확장할 수 있을 것”이라고 밝혔다.
이번 연구성과는 재료과학 학술지 '어드밴스트 펑셔널 머티리얼즈' 10월호에 표지 논문으로 선정됐다.
이인희 기자 leeih@etnews.com
