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그동안 대면적 페로브스카이트 태양전지 상용화의 걸림돌로 여겨져 왔던 낮은 효율을 획기적으로 개선할 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다는 소식입니다.

한국에너지기술연구원은 '이중구조 전자수송층 제조기술'을 개발하고, 21일 과학분야 세계 최고권위 학술지인 사이언스에 게재했다고 밝혔는데요.

페로브스카이트 태양전지는 용액공정으로 값싸고 손쉽게 제조할 수 있다는 장점이 있어 세계적으로 현재 가장 많이 연구되고 있는 분야입니다. 국내에서 25.7%의 세계기록과 최고기술을 보유하고 있지만 이는 0.1cm2 이하인 소면적 셀로, 대면적(200cm2 이상) 제조기술은 일본 등 선진국에 뒤처져 있었습니다. 이 때문에 국내에서도 상용화를 위한 고효율‧대면적 기술 개발이 필요하다는 지적이있었습니다.

고효율 대면적 페로브스카이트 태양전지 모듈을 제조하기 위해서는 전자수송층을 얇고 균일하게 형성하는 것이 중요한데요. 두께가 얇을수록 빛을 잘 통과시키기 때문에 높은 전류값을 구현할 수 있으며, 균일하지 못한 전자수송층은 결함(defect)으로 작용해 대면적 모듈 제조 시 효율손실 원인이 되기 때문입니다.

기존의 전자수송층은 화학 용액 증착법(Chemical Bath Deposition, CBD)으로 제조된 산화주석(SnO2) 또는 치밀막 산화타이타늄(Compact TiO2) 위에 다공성 산화타이타늄(Mesoporous TiO2)을 형성하는 방법이 대표적이었습니다.

화학 용액 증착법으로 제조된 산화주석은 저온 공정이 가능하지만, 제조 시간이 매우 길며 넓은 면적에서는 균일성이 떨어진다고 알려져 있었고 산화타이타늄은 박막의 안정성이 낮고, 500도 이상에서 1시간 이상 고온 처리를 거쳐야 해 대면적 상용화에 적합하지 않은 방법으로 여겨져 왔었습니다.

이에 연구팀은 두께가 얇고 균일하며 저온에서도 제조 가능한 전자수송층을 개발했다고 밝혔는데요. 제조 시간도 최적화를 거칠 경우 10분 이내로 가능하다게 연구팀의 설명입니다. 이번 기술을 활용하면 크기에 상관없이 균일한 박막을 짧은 시간 내에 150도 이하 저온에서도 만들어 낼 수 있어 대면적 페로브스카이트 태양전지를 만드는데 최적화된 방법이 될 것으로 기대되고 있습니다.