공기에 노출시켜 만든 탠덤태양전지 최고 효율 달성

에너지기술연구원 태양광연구단, 23.03% 효율의 탠덤태양전지 개발
페로브스카이트와 구리·인듐·갈륨·셀레늄 2종류 태양전지 결합
공기중에 노출시키는 공정으로 태양전지 성능이 더 뛰어나

에너지기술연구원 태양광연구단 연구자가 태양전지의 효율을 측정하고 있다. 에너지기술연구원 제공

[파이낸셜뉴스] 한국에너지기술연구원 태양광연구단이 두종류의 태양전지를 위아래로 겹쳐 만든 탠덤태양전지를 개발해 최고 효율을 달성했다. 또한 이 태양전지를 만드는데 일반 기압과 온도상에서도 가능한 기술을 개발해 양산화로 한걸음 다가갔다.

연구진은 페로브스카이트와 구리·인듐·갈륨·셀레늄으로 만든 2종류의 태양전지를 결합해 23.03%의 전력 변화 효율을 달성했다.

태양광연구단 안세진 단장은 27일 "탠덤 태양전지의 높은 발전 성능과 저비용 공정이라는 두 마리 토끼를 한꺼번에 잡을 수 있는 원천기술을 개발했다"며 "향후 일체형 태양전지 구현 및 대면적화에 노력을 기울일 것"이라고 말했다.

연구진은 페로브스카이트와 구리·인듐·갈륨·셀레늄을 각각 다이메틸폼아마이드(DMF)에 녹여 잘 휘어지는 판에 잉크를 코팅하는 방식으로 태양전지를 만들었다.

에너지기술연구원 태양광연구단이 개발한 잉크 코팅 방식을 이용한 탠덤 태양전지 제작을 중세 연금술사의 실험에 빗대어 형상화한 '에너지와 환경과학' 2022년 4월호 표지. 에너지기술연구원 제공

태양전지를 유연한 기판에 코팅할때 일반적인 기압과 온도에서 고속 스핀과 열처리 공법을 적용했다. 연구진은 이 과정에서 태양전지를 만들면 공기 중 산소가 소자 효율을 오히려 증가시킨다는 것을 발견했다.

이 방식으로 만든 구리·인듐·갈륨·셀레늄 태양전지는 14.4%의 전력 변화 효율을 보였다. 이는 같은 종류의 태양전지 효율인 13.5%를 뛰어넘는 기록이다.

이 태양전지 위에 페로브스카이트 태양전지를 올려 탠덤 태양전지를 만든 결과, 23.03%의 전력 변화 효율을 기록했다. 이는 다른 공정으로 만든 기존 태양전지의 최고 효율이었던 19.4%를 크게 뛰어넘는 수치다.

이번 연구결과는 우수성을 인정받아 에너지·환경과학 분야의 세계적 권위지인 '에너지와 환경과학(Energy & Environmental Science)'의 4월 표지논문으로 선정됐다.

[e-mail] 김만기 기자