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반투명 페로브스카이트 태양전지 안정성/효율 개선
에너지연 태양광연구단, 세계 최고 효율 21.68% 기록
2024년 02월 21일 (수) 김남표 elenews@chol.com

한국에너지기술연구원 태양광연구단은 에너지AI·계산과학실과의 협업을 통해 건물 창문이나 탠덤 태양전지에 적용할 수 있는 반투명 페로브스카이트 태양전지의 안정성과 효율 개선에 성공했다.

이번에 개발한 태양전지는 21.68%로 반투명 태양전지 분야 세계 최고 효율을 달성했으며, 240시간 이상의 작동에도 초기 효율 대비 99% 이상의 효율을 유지해 뛰어난 안정성까지 나타냈다.

반투명 페로브스카이트 태양전지를 재작하기 위해서는 기존 불투명 태양전지의 금속전극을 빛을 통과시키는 투명전극으로 바꿔야 한다.

이 과정 중 고에너지 입자가 발생해 정공수송층의 성능이 저하되는데 이를 방지하기 위해 정공수송층과 투명전극층 사이에서 완충 역할을 하는 금속산화물층을 만드는 것이 일반적이다.

다만, 동일 조건에서 제작된 불투명 태양전지에 비해 전하의 이동성과 안정성이 떨어지며, 정확한 원인과 해결책도 규명되지 않았다.

이번에 개발된 반투명 페로브스카이트 태양전지는 투명전극을 사용하는 페로브스카이트 태양전지 중 세계 최고 효율인 21.68%를 기록했다.

또 400시간의 장기 보관 조건과 240시간 이상의 작동 환경에서도 모두 초기 효율 99% 이상의 효율을 유지해 효율과 안정성 모두 사로잡은 연구결과라고 할 수 있다.

연구진은 여기서 더 나아가 개발한 태양전지를 탠덤 태양전지의 상부 셀에 적용해 후면의 빛도 활용하는 양면수광형 태양전지를 ㈜주성엔지니어링, 독일 율리히연구소와 협력해 국내 최초로 제작했는데 이 태양전지는 후면에서 반사되는 빛이 표준 태양광의 20%인 조건에서 4단자형 31.5%, 2단자형 26.4%의 높은 기대효율을 달성했다.

이번 연구를 수행한 태양광연구단 안세진 박사는 “이번 연구로 반투명 페로브스카이트 태양전지의 독특한 유기물 소재, 금속산화물 계면 열화현상을 최초로 규명했다,”며, “문제를 손쉽게 해결할 수 있는 방안을 제시했다는 점에서 향후 개발 기술의 활용성이 크게 확대될 것으로 기대된다.”고 밝혔다.

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