태양전지의 구조(a), 물에 의한 유기박막 내부 구조 정렬 전(b)과 후(c). /UNIST
최경진 UNIST 신소재공학과 교수국내 연구팀이 물을 이용해 실리콘 태양전지 제조공정을 단순화하면서 효율은 높이는 기술을 개발했다. 이에 따라 공정이 간편해져 가격경쟁력을 갖춘 태양전지를 만들 수 있을 것으로 기대된다.
최경진 울산과학기술원(UNIST) 신소재공학과 교수팀은 실리콘 태양전지의 후면 분리막(전계층)의 성능을 개선하고 제조공정을 단순화하는 기술을 개발했다고 16일 밝혔다.
실리콘 태양전지 후면 분리막은 광(光) 생성 전자(음전하를 가지고 있는 기본 입자)와 정공(전자의 빈 상태를 나타내는 가상의 입자) 간 재결합을 막는 중요한 역할을 한다. 태양광을 받은 광활성층이 내놓는 전자와 정공이 결합해 사라지는 것을 막는 것이다.
전지가 생산하는 전력량은 전자와 정공 양이 결정하므로 전지 효율을 높이려면 이들의 재결합을 효과적으로 막는 분리막이 필요하다.
연구팀은 유기물 강유전체(자발적 분극을 갖는 물질) 박막에 미량의 물을 첨가해 분리막의 효율을 높였다. 기름처럼 물을 싫어하는 유기박막에 물을 첨가하면 수 ㎛(마이크로미터·1㎛는 100만분의1m) 길이의 유기물 입자가 조밀하고 규칙적인 구조로 정렬된다. 미세구조가 정렬됨에 따라 전자는 끌어당기고 정공은 밀어내는 힘이 더 커져 분리막 성능이 좋아진다. 이 방법은 전지 제조과정 중 분리막에 구멍을 뚫는 고가의 공정이 필요 없다. 분리막은 전기가 통하지 않는 물질이어서 구멍을 뚫어 전자와 정공의 통로를 만들어야 한다. 하지만 새로 개발된 분리막은 첨가했던 물을 증발시켜 제거함으로써 그 자리에 쉽게 구멍을 만들 수 있다.
최 교수는 “이번 연구로 무기물에 한정돼 있던 실리콘 태양전지 후면 전계층 기술을 유기물로 확장했다”며 “고가의 진공장비가 필요한 무기 박막 태양전지와 달리 유기박막을 사용하면 태양전지의 가격 경쟁력이 커질 것”이라고 말했다. 이번 연구는 국제 학술지 ‘어드밴스드 펑셔녈 머티리얼스’ 온라인에 실렸다. /고광본선임기자 kbgo@sedaily.com
