전남대 홍창국 교수팀
차세대 고효율 태양전지 개발
초고효율 텐덤 형태의 새로운 구조
태양전지 상업화에 적용 가능
전남대학교 화학공학부 홍창국 교수 연구팀이 새로운 구조의 페로브스카이트 태양전지를 개발했다. 이는 차세대 태양전지로 불리는 페로브스카이트의 고효율화와 경제성까지 얻을 수 있는 획기적인 연구로 평가받고 있다.
이번 연구로 지금까지 고효율 텐덤 페로브스카이트 태양전지 제작을 위해 필요했던 복잡한 제조공정 및 안정성 문제를 획기적으로 해결할 수 있게 됐다. 연구팀이 개발한 새로운 형태의 태양전지는 30% 이상의 초고율화를 달성할 수 있으며, 상업화 공정에도 적합하다.
홍창국 교수(교신저자)와 말리 사완타 박사(제1저자)가 주도한 연구팀은 반도체에서 사용되는 PN 접합구조와 비슷한 개념의 phase-heterojunction 구조를 개발하고, 이를 페로브스카이트 태양전지에 도입하여 고효율과 안정성을 달성했다.
연구팀은 내구성과 안정성 문제를 해결하기 위하여 세슘(Cs) 기반의 무기 페로브스카이트 소재를 도입했으며, 페로브스카이트의 분자 구조를 조절하고 p-type과 n-type의 반도체 접합구조와 비슷한 phase-heterojunction 구조를 개발해 전하의 전달능력이 획기적으로 향상된 고효율 태양전지를 개발했다.
이러한 새로운 구조는 단일 접합구조의 태양전지뿐만 아니라 여러 층을 가진 초고효율 텐덤형태의 태양전지 개발에 적용될 수 있으며 다층 태양전지 제작공정을 획기적으로 개선할 수 있다.
또한, 연구팀은 자체 개발한 친환경 air-processed 공정을 사용해 낮은 공정 온도에서 용매의 사용량을 줄이고 저비용으로 태양전지를 생산할 수 있게 하면서, 대면적 모듈 제작과 대량생산에 매우 적합한 모델을 제안했다. 연구팀은 개발된 소재와 공정을 사용해 대용량 도심형 태양전지 제작과 건물일체형 발전용 건축 외장재 상용화를 위한 연구를 진행하고 있다.
이 연구는 한국연구재단 중견연구 및 대학중점연구소지원사업의 지원으로 이루어졌다. 해당 논문은 세계적인 학술전문지 네이처 에너지(영향력 지수 67.493) 온라인판에 게재됐다. 이달 인쇄판에도 게재된다.
*논문 원제
Phase-heterojunction all-inorganic perovskite solar cells surpassing 21.5% efficiency