전남대학교는 허재영 공대 신소재공학과 교수팀이 친환경 소재로 주목받고 있는 황화주석(SnS) 태양전지의 최대 약점인 효율 한계를 계면 제어 기술로 극복해 상용화 가능성을 한 단계 끌어올렸다고 23일 밝혔다.
SnS은 지구상에 풍부하고 독성이 없는 원소로 구성된 차세대 박막태양전지용 광흡수층 소재로 주목받고 있다. 하지만 계면에서의 전하 재결합과 불완전한 접합 특성으로 소자 효율 향상에 큰 제약이 있다. 특히 유리 기판으로부터 확산되는 알칼리 금속과 계면 결함은 주요 성능 저하 요인으로 지적돼 왔다.
연구팀은 원자층증착(ALD) 기반 아연주석산화물(ZnSnO) 버퍼층과 함께 초박막 황화아연(ZnS) 패시베이션층 및 황산카드뮴(CdSO₄) 습식 처리를 결합한 순차적 계면 제어 전략을 제시했다. 계면 결함 상태를 효과적으로 억제하고 나트륨(Na) 확산을 제어하며 접합의 균일성을 향상시키는 데 핵심적인 역할을 한다.
연구 결과, 계면 재결합이 효과적으로 억제되고 전하 수송 특성이 개선되면서 소자 성능이 크게 향상됐다. 특히 SnS 박막태양전지 분야에서 세계 최고 공인 효율인 4.938%를 달성했다.
새로 개발한 계면 제어 전략은 케스터라이트(CZTSSe·구리-아연-주석-황-셀레늄 화합물) 기반 태양전지에도 성공적으로 적용해 다양한 칼코게나이드 광흡수층에 범용적으로 활용 가능한 기술임을 입증했다. 친환경·무독성 기반 차세대 태양전지 기술의 상용화 가능성을 한층 높이는 성과로 평가된다.
이번 연구는 조재유 박사(현 원익IPS), 만주나쓰 비셰쉬 박사, 김용태 박사과정생이 공동 제1저자로 참여했으며 화학공학 분야 국제학술지 '케미컬 엔지니어링 저널'에 5월 1일자로 게재된다. 과학기술정보통신부가 지원하는 중견연구자지원사업과 교육부가 지원하는 이공분야 대학중점연구소사업으로 수행했다.
광주=김한식 기자 hskim@etnews.com
