전남대 홍창국 교수팀, 차세대 고효율 태양전지 개발

[헤럴드경제(광주)=서인주 기자] 전남대학교 화학공학부 홍창국 교수 연구팀이 새로운 구조의 페로브스카이트 태양전지를 개발했다. 이는 차세대 태양전지로 불리는 페로브스카이트의 고효율화와 경제성까지 얻을 수 있는 획기적인 연구로 평가받고 있다.

이번 연구로 지금까지 고효율 텐덤 페로브스카이트 태양전지 제작을 위해 필요했던 복잡한 제조공정 및 안정성 문제를 획기적으로 해결할 수 있게 됐다. 연구팀이 개발한 새로운 형태의 태양전지는 30% 이상의 초고율화를 달성할 수 있으며, 상업화 공정에도 적합하다.

홍창국 교수(교신저자)와 말리 사완타 박사(제1저자)가 주도한 연구팀은 반도체에서 사용되는 PN 접합구조와 비슷한 개념의 phase-heterojunction 구조를 개발하고, 이를 페로브스카이트 태양전지에 도입하여 고효율과 안정성을 달성했다.

연구팀은 내구성과 안정성 문제를 해결하기 위하여 세슘(Cs) 기반의 무기 페로브스카이트 소재를 도입했다. 페로브스카이트의 분자 구조를 조절하고 p-type과 n-type의 반도체 접합구조와 비슷한 phase-heterojunction 구조를 개발해 전하의 전달능력이 획기적으로 향상된 고효율 태양전지를 개발했다.

새로운 구조는 단일 접합구조의 태양전지뿐만 아니라 여러 층을 가진 초고효율 텐덤형태의 태양전지 개발에 적용될 수 있으며 다층 태양전지 제작공정을 획기적으로 개선할 수 있다.

연구팀은 자체 개발한 친환경 air-processed 공정을 사용해 낮은 공정 온도에서 용매의 사용량을 줄이고 저비용으로 태양전지를 생산할 수 있게 하면서, 대면적 모듈 제작과 대량생산에 매우 적합한 모델을 제안했다. 연구팀은 개발된 소재와 공정을 사용해 대용량 도심형 태양전지 제작과 건물일체형 발전용 건축 외장재 상용화를 위한 연구를 진행하고 있다.

이 연구는 한국연구재단 중견연구 및 대학중점연구소지원사업의 지원으로 이루어졌다. 해당 논문은 세계적인 학술전문지 네이처 에너지(영향력 지수 67.493) 온라인판에 게재됐다. 이달 인쇄판에도 게재된다.