울산과학기술원(UNIST) 연구진이 기존 페로브스카이트 태양전지 제작 기술보다 더 효율적인 방법을 개발해 세계 최고 효율을 달성했다.

UNIST는 에너지화학공학과 석상일 특훈교수팀이 발견한 페로브스카이트 광활성층 반도체의 결정성을 제어하는 새로운 방법을 16일 과학 저널 '네이처'(Nature)지를 통해 공개했다고 17일 밝혔다.

연구팀이 개발한 새로운 기술을 페로브스카이트 태양전지 제조에 활용하자 태양전지의 효율이 기준 대비 26.08% 증가하면서 세계 최고 기록을 세웠다.

이러한 기록이 네이처지에 실리면서 해당 분야 최고 권위자인 미국 재생에너지연구소도 우리 연구팀의 기록을 세계 최고 효율로 공인했다.

페로브스카이트 태양전지는 페로브스카이트 광물을 사용하여 광물 구조 특징을 이용한 반도체로 제조한다,

페로브스카이트 태양전지 효율 강화에 성공한 UNIST 연구진 [UNIST 제공]

태양전지의 고효율화를 위해서는 페로브스카이트 박막의 결정 속 결함을 극도로 낮게 제어하는 것이 중요하다.

태양전지는 매우 민감한 전자기기이기에 재료의 사소한 결함으로도 장기적인 장비의 안정성이 크게 떨어지기 때문이다.

연구팀은 연구를 통해 페로브스카이트 박막을 결정화하는 단계에서 내부 결함을 더욱 줄이는 새로운 방법을 찾았다.

이번에 발표된 내용은 알킬암모늄 클로라이드를 페로브스카이트 구조 물질에 일정량 도입하는 것으로, 해당 방법을 사용하면 획기적으로 결함을 제거할 수 있어 고효율 페로브스카이트 태양전지 제조를 가능하게 했다.

석상일 교수는 "페로브스카이트 구성 성분과 결합하면서 결정화가 이뤄지는 단계에 탈양자화가 일어나는 알킬암모늄 클로라이드를 사용하는 최적의 조합 발견이 이번 연구 결과의 핵심"이라고 설명했다.

UNIST 로고 [자료=UNIST]

이어 "페로브스카이트 태양전지는 실리콘 태양전지의 효율을 조만간 능가할 수 있을 것이며, 이번 연구는 27% 이상의 효율을 달성하기 위한 여정의 출발점"이라며 앞으로의 포부를 드러냈다.

석 교수는 페로브스카이트 태양전지의 효율을 20% 넘게 증가시키는 데 성공한 최초의 인물이며, 이번 연구발표를 통해 세계 공인 최고 효율 기록도 보유하고 있다.

얇고 가볍고 유연하며, 용액 공정으로 값싸게 만들 수 있어 차세대 태양전지로 꼽히는 페로브스카이트 태양전지의 이번 연구는 한국연구재단 리더연구자지원사업의 지원을 받아 이뤄졌다.