LBSO 분말과 용매에 분산된 용액 및 이것을 기판에 코팅한 박막(왼쪽 위)과 이렇게 제조한 페로브스카이트 태양전지의 효율(21.2%, 왼쪽 아래), 1,000시간 동안 태양광을 연속으로 쬔 후의 효율 변화(약 6.7%의 효율 저하만 있음, 오른쪽 아래)를 나타낸 그래프. /사진=미래창조과학부태양 전지는 무한한 청정 태양에너지를 유용한 에너지원으로 변환할 수 있는 가장 효율적은 방법이다.
그러나 현재 약 90% 이상 사용되고 있는 결정질 실리콘 태양전지는 효율이 높지만 가격이 비싼 것이 문제였으며, 낮은 가격으로 제작 가능한 유기 및 염료감응 태양전지는 효율이 낮아 대규모 상용화에 어려움이 있었다. 2012년부터 본격적으로 연구되기 시작한 무-유기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지는 저가의 화학 소재로 손쉽게 제조 가능하며 높은 광전 변환효율을 보여 차세대 태양전지로 주목을 받고 있다.
석상일 울산과학기술원 교수팀은 신성식 MIT 박사 후 과정, 노준홍 고려대 교수와 공동으로 세계 최고의 안정성을 가진 무-유기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지를 제조할 수 있는 핵심 소재 및 제조 기술을 개발했다. 페로브스카이트는 천연광물인 CaTiO3와 같은 결정 구조를 갖고 있는 AMX3 화합물에 대하여 러시아 과학자인 페로브스키를 기념하여 붙인 이름이다.
연구팀은 이번에 기존에 사용하여 왔던 광전극 소재를 (LBSO)로 대체해 고효율과 고내구성을 모두 만족하는 페로브스카이트 태양 전지를 제조했다. 이렇게 만든 태양전지는 전 세계에서 가장 높은 효율(기존 20%에서 21%로 개선)을 기록하면서 자외선을 포함한 전체 태양광을 쬔 결과 1,000시간 동안 단지 6.7%만 효율 감소가 일어나 광안전성에서 세계 최고의 결과(기존에는 50% 이상 감소)를 도출했다. 더 나아가 핫-프레싱 (hot-pressing) 공법을 새롭게 제안, 고효율과 저비용으로 연속적이며 태양전지 대량 생산이 가능하게 했다. 석상일 교수는“이번 연구는 광전극 소재와 핫-프레싱이라는 공법을 결합하여 기존 실리콘 태양전지의 절반 이하의 낮은 비용으로 높은 효율과 높은 광안정성을 모두 만족하는 무-유기 하이브리드 태양전지를 구현했다는데 의미가 있다“라고 말했다.
석상일 울산과학기술원교수/사진=미래창조과학부
신성식 MIT박사후 과정/사진=미래창조과학부
노준홍 고려대 교수/사진=미래창조과학부
