전남대 홍창국 교수(화학공학부) 연구팀
태양전지 대용량 상업화 길 텄다
전남대 홍창국 교수(화학공학부. 사진) 연구팀이 유기기반 박막 태양전지의 열적 안정성과 내구성을 획기적으로 개선해 태양전지의 대용량 상업화를 앞당길 수 있는 새로운 제조공정을 개발했다.
지금까지는 유기기반 페로브스카이트 태양전지가 저비용, 고효율, 플렉시블 차세대 박막 태양전지의 가능성을 제시했으나, 열적 안정성이 낮고 내구성이 약하다는 단점을 지녀왔다. 이러한 낮은 내구성은 수분과 온도변화가 심한 실외에 설치했을 때 빠른 효율저하 문제로 인해 상업화의 걸림돌이 되어왔다.
홍 교수팀은 제조공정이 간단하고 가격이 저렴한 무기소재(CuSCN) 박막을 새로운 공정으로 개발했고, 이를 태양전지의 이중(double layer) 전공전달층으로 응용하여 열적 안정성을 크게 개선하는데 성공했다.
기존의 태양전지 전공전달층은 고분자소재를 사용하여 수분에 민감하고 열적으로 불안정하였으며 상온 내구성이 1-2주 정도로 매우 낮았으나, 새로운 공정으로 개발된 CuSCN 박막은 이러한 단점을 해결하고, 공기 중 85℃의 고온에서도 2,000시간 이상을 견딜 수 있는 열적 안정성과 뛰어난 장기 내구성을 구현했다.
이와함께 빠른 전공전달 속도 및 개선된 계면특성으로 인해 19.24%의 높은 효율을 가진 박막 태양전지를 제작할 수 있게 됐다.
이 연구결과는 관련학계 저널인 2019년 6월자 Materials Today (영향력 지수 24.537)에 실렸다.
홍 교수는 “이 시험은 공기 중 85도에서 실외에 방치하여 효율을 측정한 결과”라며, “현재 결과로는 상온의 경우 외부 설치 시 3년 이상의 내구성을 나타낸다.”고 덧붙였다.
*그림설명 : 새로운 공정으로 개발된 무기소재 CuSCN 박막을 페로브스카이트 태양전지에 적용하여 19.24%의 고효율을 구현한 그림.
왼 위쪽 CNU-PEML 이라고 표시된 것이 실제 제작된 투명 CuSCN 박막이며, 오른쪽 사진은 전극을 장착하여 효율을 측정하는 태양전지 셀. 아래쪽 그래프는 열적 안정성을 테스트한 실제 데이터.