세계 최고 효율 달성 플렉시블 CZTS계 박막태양전지

 

차세대 태양전지로 주목받고 있는 박막태양전지. 기존에는 아몰포스실리콘(a-Si) 태양전지, CdTe(카드뮴, 텔루라이드 화합물) 태양전지, CIGS(구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄 화합물) 태양전지, 연료감응 태양전지로 나뉘었다. 최고의 광전변환 효율을 달성한 플렉시블 CZTS계 박막태양전지가 국내 기술로 개발돼 해당 산업 발전에 한 획을 그을 것으로 보인다.

 

대구경북과학기술원이 세계 최고 수준의 플렉시블 CZTS계 박막태양전지 광전변환 효율을 달성했다. 이로 인해 미래 태양광 기술과 박막태양전지 산업 발전에 크게 기여할 것으로 기대를 모은다. 
광전변환은 빛에너지를 전기에너지로 변환하는 것으로, 이번 박막태양전지의 효율은 11.4%에 달하는 것으로 드러났다. 


플렉시블 CZTS계 박막태양전지는 플렉시블 기판기술을 바탕으로 웨어러블, 건물, 자동차처럼 실생활에서 다양하게 응용되고 있다. 또 저가의 친환경 소재를 사용해 차세대 태양광 기술로도 각광받고 있다. 이러한 이유로 전 세계에서 연구가 진행 중이지만, 플렉시블 기판의 불순물 확산과 박리 등 기술 문제로 인해 광전변화 효율이 10%를 넘지 못했었다. 
이번 대구경북과학기술원의 에너지 융합연구부 강진규 박사 연구팀은 독보적 연구 행보를 이어가 11.4%라는 세계 최고의 효율을 인정받은 것이다.

 

특히 이번 연구는 저비용·친환경 소재인 청동과 황동을 이용해 고가인 인듐이나 유독성 원료인 납과 카드뮴을 이용하던 기존의 박막태양전지(CIGS, CdTe, 페로브스카이트)보다 대량 생산에 유리한 미래형 태양전지로 주목받고 있다. 


또 기존의 3층 구조 CZTS계 박막태양전지 전구체를 다층 구조로 바꿔 전압 특성 및 균일도를 개선해 효율을 높인 점이 주목할 만하다. 일반적으로 박막태양전지에 대면적 공정이 적용될 경우 균일도가 떨어지는 문제가 발생하는데, 이번 연구에서 공정기술은 효율 개선뿐만 아니라 균일도 면에서 진일보한 성과를 얻었다. 


공정기술 개발을 주도한 양기정 박사는 “이번 성과는 상용화 단계에서 이슈가 될 수 있는 대면적 공정의 균일도 확보 방안을 제시했다”라며 “건물 외벽에 적용하는 등 여러 분야에서 활용할 수 있는 차세대 태양전의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다. 


강진규 책임연구원은 “환경에 대한 관심이 높아지고 있고 자원이 무기처럼 사용되는 현 시점에서 범용 및 친환경 소재를 활용한 박막태양전지 분야에서 성과를 낸 것은 의미가 크다”라며 “앞으로도 범용 소재를 활용하는 미래 태양광 소재 기술을 선도하고 더 나아가 박막태양전지 산업 발전에 이바지하고자 한다”고 계획을 밝혔다. 


이번 연구 성과는 산업통상자원부 산하 한국에너지기술평가원의 지원으로 ‘범용무독성 광흡수층 기반 플렉시블 무기 박막태양전지개발’ 과제로 수행 중이며, 해당 성과를 바탕으로 박막태양전지 연구센터를 설립할 예정이다. 관련 전구체 설계 기술은 국제학술지인 ‘네이버 커뮤니케이션즈’에 게재됐다.

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