KAIST 주도 공동 연구팀
"효율 30% 이상에 도전"
KAIST(총장 신성철) 신소재공학과 신병하 교수 연구팀이 주도하는 공동 연구팀이 큰 밴드갭의 페로스카이트 물질을 적용해 26.7%의 효율을 내는 고효율 페로브스카이트-실리콘 탠덤(tandem) 태양전지를 개발했다고 30일 밝혔다.
기존 단일 태양전지로는 30%의 한계 효율을 넘기 어렵다고 알려져 있다. 이 때문에 연구자들은 2개 이상의 태양전지를 적층한 탠덤 태양전지에 대한 연구가 활발히 진행하고 있다. 하지만 탠덤 태양전지의 상부 셀(cell)로 적합한 큰 밴드갭의 페로브스카이트는 빛, 수분, 산소 등의 외부 환경에 민감하게 반응하는 낮은 안정성 때문에 고품질의 소자를 합성할 수 없다는 한계가 존재했다.
연구팀은 기존 실리콘 태양전지 위에 차세대 태양전지 소재로 주목받고 있는 페로브스카이트를 쌓아 올려 26.7%의 광 변환 효율을 달성했다.
이 기술은 향후 첨가제 도입법을 통한 반도체 소재의 2차원 안정화 기법에 대한 방향을 제시할 수 있으며, 유무기 하이브리드 페로브스카이트 물질을 이용한 태양전지, 발광 다이오드, 광 검출기와 같은 광전자 소자 분야에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.
신병하 교수는 "페로브스카이트 태양전지 기술은 지난 10년간 눈부신 발전을 이뤄 이제는 상용화를 고민해야 하는 시기"라고 말했다. 이어 "실리콘 태양전지와의 이종 접합 구조를 통한 고효율 달성은 페로브스카이트 태양전지 기술의 상용화를 앞당기는 데 도움이 될 것"이라며 "연구결과는 향후 30% 이상의 초고율 탠덤 태양전지 구현에 초석이 될 것"이라고 강조했다.
신병하 교수가 교신저자로, 김대한 박사과정이 1 저자로 참여한 이번 연구결과는 국제 학술지 '사이언스(Science)' 3월 26일 자 온라인판에 게재됐다.
한편 이번 연구는 한국연구재단 나노소재기술개발사업, 중견연구자지원사업, 산업통상자원부(MOTIE)와 한국에너지기술평가원(KETEP) 에너지기술개발사업, 알키미스트 프로젝트, BK21 사업의 지원을 통해 수행됐다.
장세풍 기자 spjang@naeil.com
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