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UNIST, '슈퍼 태양전지' 수명·효율 동시에 높이는 필름 개발

송고시간2022-07-17 12:00

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울산과학기술원(UNIST)은 실리콘 태양전지 위에 페로브스카이트 태양전지를 올려놓는 방식의 '1+1 탠덤 태양전지'의 수명과 효율을 동시에 높일 수 있는 다기능성 필름을 개발했다고 17일 밝혔다.

UNIST에 따르면 신소재공학과 최경진 교수팀은 미국 피츠버그대 이중건 교수팀과 함께 자연 태양광에 포함된 자외선을 차단하고 가시광선의 흡수는 늘리는 다기능성 반사 방지 필름을 개발했다.

탠덤 태양전지는 효율, 가격 경쟁력, 공정 편의성이 탁월해 '슈퍼 태양전지'라고도 불리며, 2∼3년 안에 상용화가 기대되는 차세대 전지다.

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탠덤 태양전지에 닿는 자외선은 막고, 가시광선 흡수는 늘려

다기능성 반사 방지 필름
다기능성 반사 방지 필름

탠덤 태양전지에 적용할 수 있는 다기능성 반사 방지 필름. 자외선을 흡수하면 초록색으로 변한다.
[울산과학기술원 제공. 재판매 및 DB 금지]

(울산=연합뉴스) 김용태 기자 = 울산과학기술원(UNIST)은 실리콘 태양전지 위에 페로브스카이트 태양전지를 올려놓는 방식의 '1+1 탠덤 태양전지'의 수명과 효율을 동시에 높일 수 있는 다기능성 필름을 개발했다고 17일 밝혔다.

UNIST에 따르면 신소재공학과 최경진 교수팀은 미국 피츠버그대 이중건 교수팀과 함께 자연 태양광에 포함된 자외선을 차단하고 가시광선의 흡수는 늘리는 다기능성 반사 방지 필름을 개발했다.

탠덤 태양전지는 효율, 가격 경쟁력, 공정 편의성이 탁월해 '슈퍼 태양전지'라고도 불리며, 2∼3년 안에 상용화가 기대되는 차세대 전지다.

그러나 탠덤 전지는 구조상 자외선에 약한 페로브스카이트가 상층부에서 직사광선에 노출되고, 광 반사를 줄이는 기존 표면 처리 기술을 쓰기 어렵다는 문제가 있다.

상용 실리콘 태양전지는 표면에 피라미드형 미세 요철을 만들어 빛 반사를 줄였는데, 탠덤 전지는 실리콘 태양전지 위에 액체 페로브스카이트 원료를 올려 만드는 제조 특성상 실리콘 전지 표면이 매끈해야만 하기 때문이다.

연구팀이 개발한 필름은 탠덤 전지 맨 위에 올려 쓸 수 있는 형태로, 자외선을 흡수해 차단하는 형광체 입자와 가시광선 흡수를 늘리는 실리카 입자가 함께 들어 있다.

유해 자외선이 차단돼 전지 수명은 늘고, 유효 파장 대역인 가시광선의 흡수는 늘어 전지가 전기를 만드는 효율은 올라간다.

특히 형광체 입자는 흡수한 자외선을 다시 가시광선으로 바꿔내는 역할도 해 전지 효율을 추가로 높이고, 전지를 초록색으로 보이게 해 미관상 장점도 있다.

실험에서 연구팀이 개발한 필름을 쓴 탠덤 전지는 120시간이 지나도 초기 효율의 91% 이상을 유지했으며, 초기 효율 자체도 기존 대비 약 4.5% 증가했다.

반면 기존 필름을 쓴 탠덤 태양전지의 효율은 5시간 후 초기 효율의 90% 수준으로 떨어지다가 20시간 후에는 50% 수준으로 급격하게 줄었다.

연구팀 관계자는 "표면에 요철을 만들어 태양 빛 반사를 줄이는 기존 방식과 달리 반사 방지 필름 안에 첨가하는 물질로 유효 파장 대역 흡수 성능을 높인 신기술"이라며 "자외선도 차단할 수 있어 탠덤 전지 상용화뿐만 아니라 자외선에 약한 유기 태양전지, 유기물 다이오드와 같은 분야에서도 응용할 수 있을 것"이라고 말했다.

UNIST 최경진 교수 연구팀
UNIST 최경진 교수 연구팀

오른쪽부터 최경진 교수, 제1저자 김찬울 연구원, 노영임 연구원.
[울산과학기술원 제공. 재판매 및 DB 금지]

연구 결과는 기능성 소재 분야 국제 학술지인 어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials)에 6월 24일 자로 온라인 공개돼 정식 출판을 앞두고 있다.

연구 수행은 한국에너지기술평가원의 알키미스트 프로젝트 사업인 '35% 슈퍼 태양전지 개발' 사업의 지원을 받아 이뤄졌다.

yongtae@yna.co.kr

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