고효율 하이브리드 태양전지 개발
By 김동진
2018-01-04 18:04:10 6397
  실리콘-유기물 하이브리드 태양전지의 제조공정 개략도. 출처: 한국연구재단 


한국연구재단은 연세대학교 윤성수 박사‧강달영 교수 연구팀이 저온 공정만으로 에너지 변환 효율이 높은 실리콘-유기물 하이브리드 태양전지를 개발했다고 밝혔습니다.


실리콘-유기물 하이브리드 태양전지란 결정질 실리콘 기판 위에 유기 반도체 물질(PEDOT:PSS)을 코팅하여 완성되는 태양전지입니다. 기존 결정질 실리콘 태양전지에 비해 간단한 저온 공정이 적용 돼 제조비용을 획기적으로 절감할 수 있다고 합니다.


신재생에너지로 각광받는 태양전지 중에서도 현재 시장에서 주류를 차지한 것은 결정질 실리콘 태양전지입니다. 이들은 높은 에너지 효율(20% 이상)과 장기적인 안정성이 큰 장점이지만 제조공정에서 고온과 진공을 이용하여 매우 복잡하고 비용이 많이 요구됩니다.


 본 연구에서 개발한 공정법으로 제조된 태양전지의 구조 개략도(왼쪽), 계층 구조화된 실리콘 표면의 전자현미경 사진(가운데), 그리고 최종 태양전지 소자의 전류-전압 곡선. 출처: 한국연구재단 


결정질 실리콘 태양전지를 보완하기 위해 실리콘-유기물 하이브리드 태양전지 연구가 활발히 진행되고 있는데요. 고온과 진공이 필요하지 않은 단순한 공정으로 경제적이라고 합니다. 하지만 지금까지의 하이브리드 태양전지는 에너지 효율이 15% 수준에 정체되어 있었습니다.


이번에 연구팀은 130℃ 이하의 낮은 온도에서 간단한 공정만을 이용하여 에너지 효율이 17%를 상회하는 세계적인 수준의 고효율 태양전지 개발에 성공했다고 합니다.


에너지 효율을 높이기 위해서 실리콘 표면을 계층적 구조로 만들어 태양빛의 반사를 감소시켰고 유기 고분자 물질의 두께를 제어하여 전기에너지 손실을 막아냈다고 하네요. 또한 각 물질 간 계면에서의 재결합 손실을 줄이기 위하여 상온에서의 접촉인쇄 공정을 개발했다고 합니다.


접촉인쇄 공정(contact printing)이란 잉크물질을 함유하고 있는 탄성체 스탬프를 기판에 단순히 접촉만 시켜 놓음으로써 잉크물질을 매우 얇게(1 나노미터(nm) 이하의 두께) 프린팅하는 공정 기법입니다.


교신저자 강달영 교수. 출처: 한국연구재단


강달영 교수는 “고가의 복잡한 공정을 전혀 적용하지 않고 저온에서 매우 간단한 공정만으로 실리콘-유기물 하이브리드 태양전지 효율을 끌어올린 것”이라며 “후속 연구를 통해 에너지 효율이 더 향상되고, 휘어지고 늘어나는 유연한 태양전지의 개발에 적용될 것으로 기대된다”고 설명했습니다.


교육부․한국연구재단 이공학개인기초연구지원사업 지원을 받은 이 연구는 에너지 분야 국제학술지 <어드밴스드 에너지 머트리얼즈(Advanced Energy Materials)>에 게재됐습니다.


김동진 에디터(kimdj84@scientist.town)

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