한국에너지기술연구원은 산하 태양광연구단이 차세대 고효율 태양광 기술로 주목받는 '페로브스카이트/CIGS 탠덤 태양전지' 분야에서 26.7%의 세계 최고 공인 효율을 달성했다고 1일 밝혔다.
지난해 서울대·한국과학기술연구원(KIST) 공동연구팀이 26.3%로 당시 기준 세계 최고 효율을 달성한 데 이은 쾌거다. 1년 만에 세계 기록을 한국이 경신하면서, 차세대 박막 태양전지 분야 한국의 높은 기술력을 세계에 알렸다.
해당 성과는 독일 프라운호퍼 태양에너지시스템연구소(이하 프라운호퍼 ISE)로부터 공식 인증을 받았고, 미국 국립록키연구소(NLR)가 발표하는 '태양전지 유형별 최고 효율 기록표(Best Research-Cell Efficiencies Chart)'에도 세계 최고 기록으로 등재됐다.
탠덤 태양전지는 서로 다른 특성의 태양전지를 층층이 겹쳐, 태양 빛을 폭넓게 활용한다. 이 중 페로브스카이트/CIGS 탠덤 태양전지는 위쪽에 페로브스카이트 태양전지, 아래쪽에 CIGS 태양전지를 배치해 서로 다른 파장대의 태양 빛을 나눠 흡수한다. 두 소재 모두 박막 형태로 제작할 수 있어 고효율을 이루고, 가볍고 유연하게 만들 수도 있다. 다만 두 태양전지를 결합하는 중 페로브스카이트 광 흡수층이 열화될 수 있고, 일부 구성층이 빛을 불필요하게 흡수해 성능이 저하될 수 있다.
에너지연 연구진은 페로브스카이트 손상을 줄일 수 있는 계면층 소재와 공정 기술을 개발했다. 또 상부 투명전극과 전하수송층 구조를 최적화해 불필요한 빛 흡수를 줄이고 광전류 손실을 최소화하는 데 성공했다.
이로써 연구실 기준 27% 효율을 달성했으며, 프라운호퍼 ISE로부터 26.7%의 공인 효율을 인증받았다.
이번 기술은 같은 면적에서 더 많은 전기를 생산할 수 있어 태양광 발전 활용 범위를 넓힐 것으로 기대된다. 가볍고 유연한 박막 구조인만큼 건물·자동차는 물론, 무게 및 설치 면적이 중요한 소형 위성과 우주 데이터센터 등 미래 우주산업 전력원으로도 활용 가능성이 높다.
연구를 주도한 정인영 선임연구원은 “이번 성과는 페로브스카이트와 CIGS를 결합하는 과정에서 발생하는 계면 손실과 광학적 손실을 함께 줄여 효율·안정성을 동시에 높였다는 데 의미가 있다”며, “세계적인 인증기관에서 효율을 확인받고 최고 효율로 등재된 것은 우리 기술의 경쟁력을 객관적으로 인정받은 결과”라고 밝혔다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
