국내 연구진이 페로브스카이트 태양전지 상용화 난제로 꼽혔던 면적 문제를 해결했다. 페로브스카이트 태양전지는 에너지 전환 효율이 높은 차세대 태양전지다.

이광희 광주과학기술원(GIST) 교수팀은 큰 효율 저하 없이 페로브스카이트 태양전지 면적을 10배 이상 넓히는 데 성공했다고 25일 밝혔다. 페로브스카이트 태양전지는 효율이 높지만 크게 만들지 못하는 게 상용화 난제였다.

연구팀은 양친성 고분자 전해질 계면상용화제를 사용, 18.4㎠ 페로브스카이트 필름을 제작했다. 이를 기반으로 1㎠ 면적 태양전지 6셀을 제작했다. 모든 셀은 평균 16% 이상, 최고 17% 효율을 보였다.

대면적으로 전환 시 태양광 전환효율 16% 이상을 낼 수 있는 성능이다. 이는 대면적 페로브스카이트 태양전지 중 최고 수준이다.

페로브스카이트 태양전지는 광 흡수층으로 유·무기 복합 페로브스카이트를 활용하는 차세대 전지다. 기존 실리콘 태양전지보다 에너지 전환 효율이 높다. 최근 22% 이상 효율을 달성한 연구 사례도 나왔다.

소자 면적이 작아 상용화가 어려웠다. 페로브스카이트 필름을 크게 만들수록 효율이 떨어졌다. 필름은 전구체 용액을 유기전하수송층에 코팅해 만드는데, 대면적에선 발수현상에 의한 미세 구멍이 생긴다. 이 '핀홀'이 효율 저하로 직결된다.

연구팀은 유기전하수송층에 페로브스카이트 전구체를 코팅하기 전, 공액 고분자 전해질을 먼저 입혔다. 전해질은 친수성과 소수성 특성을 모두 지녀 두 물질 사이의 발수 현상을 해결한다. 넓은 면적에서도 양질의 페로브스카이트 박막을 얻는다.

이광희 교수는 "고성능의 대면적 페로브스카이트 태양전지를 최초로 개발했다"면서 "반투명 빌딩 유리 태양전지 패널 같은 건물 일체형 태양전지에 적용할 것"이라고 설명했다.

이 교수는 미래창조과학부 기초연구지원사업(개인연구), 신산업창조프로젝트사업, 기후변화대응기술개발사업, 국가간협력기반조성사업 지원으로 연구를 수행했다.

송준영기자 songjy@greendaily.co.kr