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UNIST, 차세대 태양전지 세계 최고 효율 네 번째 경신

효율 22.1%까지 높여 사이언스 최신호 발표


효율 22.1%까지 높여 사이언스 최신호 발표

(울산=연합뉴스) 장영은 기자 = 차세대 태양전지인 페로브스카이트(perovskite) 태양전지 효율이 22.1%까지 높아졌다.

국내 연구진이 세계 최고 태양전지 효율(광전변환효율·태양빛용 전기로 바꾸는 능력)을 또 경신한 것이다.

페로브스카이트 태양전지의 조기 상용화에 대한 기대감이 커지고 있다.

울산과학기술원(UNIST)과 한국화학연구원은 세계 최고 효율의 무·유기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지 기술을 개발해 사이언스 30일자 온라인판에 발표했다.

연구에는 석상일 UNIST 에너지 및 화학공학부 특훈교수(화학연 학연교수)가 주도하고 노준홍 화학연 겸임연구원(고려대 교수), 김은규 한양대 교수가 공동교신저자로 참여했다.

페로브스카이트 태양전지 연구진
페로브스카이트 태양전지 연구진(울산=연합뉴스) 차세대 태양전지인 페로브스카이트 태양전지 연구를 선도하고 있는 UNIST 석상일 교수팀.2017.6.30 [UNIST 제공=연합뉴스]

이 기술 핵심은 페로브스카이트 태양전지 효율을 떨어뜨리는 할로겐화물(혹은 산화물)의 결함(defect)을 잡은 것이다.

이는 기존 최고 인증 효율 20.1%를 22.1%로 높이는 기술이라는 게 연구진의 설명이다. 연구진은 2015년 이미 16.2%, 17.9%, 20.1%로 3번 연속 경신했다.

석 교수는 "미래 태양전지로 주목받는 고효율·저비용 페로브스카이트 태양전지의 상용화 가능성을 높였다"고 설명했다.

석상일 UNIST 교수
석상일 UNIST 교수(울산=연합뉴스) 울산과학기술원(UNIST)과 한국화학연구원이 세계 최고 효율의 무·유기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지 기술을 개발해 사이언스30일자 온라인판에 발표했다. 연구를 주도한 석상일 UNIST 에너지 및 화학공학부 특훈교수(화학연 학연교수). 2017.6.30 [UNIST 제공=연합뉴스]

페로브스카이트는 양이온과 음이온, 할로겐화물이 독특한 결정 구조를 가진 물질이다.

이런 물질을 태양전지에 적용해 전기를 생산하는 소자가 무·유기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지다.

이 전지는 값싼 무기물과 유기물을 결합해 쉽게 만들 수 있으며, 광전변환효율(22% 이상)도 높다.

페로브스카이트 태양전지 셀
페로브스카이트 태양전지 셀(울산=연합뉴스) 1㎠ 면적으로 더 크게 만든 페로브스카이트 태양전지 소자도 19.7%라는 효율을 나타내 세계 최고 공인 효율로 기록됐다.2017.6.30 [UNIST 제공=연합뉴스]

페로브스카이트 태양전지는 페로브스카이트 박막으로 만든다. 그런데 이 박막이 균일하지 않거나 내부 물질이 불완전하면(결함이 생기면) 태양전지 성능이 떨어진다.

이번 연구에서 석 교수팀은 페로브스카이트 구조 중 할로겐화물의 결함을 조절할 방법에 초점을 맞췄다. 내부 결함을 줄인 페로브스카이트 할로겐화물 박막을 이용해 태양전지를 만들자 높은 효율 재현성을 보였다.

이때 공인된 효율이 22.1%로 페로브스카이트 태양전지의 세계 최고 효율로 미국 재생에너지연구소(NREL)에서 공식 인증됐고, 이번 논문에서 보고됐다.

특히, 이 기술을 적용해 1㎠ 면적으로 더 크게 만든 소자도 19.7%라는 효율을 나타내 세계 최고 공인 효율로 기록됐다.

이는 앞으로 고효율·저비용 태양전지 제조에 활용하고, 향후 큰 면적으로 만들 수 있는 상용화 기술과 결합하면 경쟁력 있는 신재생 에너지 기술에 다양하게 쓰일 수 있을 것으로 기대된다.

페로브스카이트 태양전지 셀
페로브스카이트 태양전지 셀(울산=연합뉴스) 광전변화효율 22.1% 기록한 페로브스카이트 태양전지 단위 셀.2017.6.30 [UNIST 제공=연합뉴스]

석 교수는 "태양전지 성능은 태양광에서 전기적 에너지로 변환 손실을 발생시키는 소재 내부의 결함을 줄이는 게 핵심"이라며 "페로브스카이트 태양전지는 할로겐화물을 이용하는데, 이번 연구에서 이 소재의 결함을 획기적으로 줄이는 방안을 제시하고 세계 최고 효율을 구현했다"고 말했다.

young@yna.co.kr

<저작권자(c) 연합뉴스, 무단 전재-재배포 금지> 2017/06/30 03:00 송고

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