국내 연구진, 차세대 태양전지 '페로브스카이트' 세계최고 효율 구현

[이데일리 이승현 기자] 국내 연구진이 저렴한 단가에 높은 효율을 낼 수 있는 차세대 태양전지인 페로브스카이트(perovskite) 태양전지의 효율을 높여 세계 최고수준의 에너지 변환율을 구현해냈다.

한국화학연구원 석상일 책임연구원 연구팀은 무기물과 유기물이 결합한 페로브스카이트 태양전지의 파장대역을 늘리고 결정구조의 안전성을 향상시켜 18.4%의 효율을 냈다는 내용의 연구성과를 7일(현지시간) 국제학술지 ‘네이처’(Nature) 온라인판에 실었다고 밝혔다.

연구팀이 개발한 페로브스카이트 태양전지의 태양광 파장에 따른 응답도와 기존 인증 소자의 응답도 비교. 미래창조과학부 제공

연구팀의 이러한 고효율화 기술은 미국 재생에너지연구소(NREL)가 공인하는 페로브스카이트 태양전지 효율에서 가장 높은 20.1%로 공식 등재됐다. 이는 현재 태양전지의 주류인 실리콘 태양전지의 평균 효율과 맞먹는 수준이다.

석상일 한국화학연구원 책임연구원

페로브스카이트는 부도체와 반도체는 물론 초전도체 특성까지 갖는 특별한 구조의 물질로 발견자인 러시아 과학자 페로브브스키의 이름을 기념해 붙여졌다.

무·유기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지는 값싼 무기물과 유기물을 사용하기 때문에 생산단가가 낮지만 에너지 변환효율은 최대 16%로 실리콘 태양전지에 비해 낮았다. 연구팀은 기존의 포름아미디늄 기반의 페로브스카이트에 메틸암모늄 페로브스카이트를 부분치환해, 태양광의 흡수파장 대역을 넓히고 결정구조 안정성도 획기적으로 높였다.

석 연구원은 “저가공정으로 개발된 기존 페로브스카이트 태양전지의 효율성 한계를 극복할 수 있는 공정기술을 개발한 데 의미가 있다”며 “앞으로 대면적 연속공정 기술과 안정성을 보유한 원천기술 개발을 통해 실용화를 이룰 것으로 기대한다”고 말했다.

이 연구에는 화학연의 전남중 연구원과 노준홍 연구원이 공동 제 1저자로 참여했다. 연구는 미래창조과학부 등의 지원을 받았다.