[국토경제신문 박채원 기자] 한국에너지기술연구원은 대면적 페로브스카이트 태양전지의 낮은 효율을 개선할 수 있는 ‘이중구조 전자수송층 제조기술’을 개발했다고 21일 밝혔다.


기존 전자수송층 제조 기술은 화학 용액 증착법(CBD)으로 제조된 산화주석 또는 치밀막 산화타이타늄 위에 다공성 산화타이타늄을 형성하는 방법이 대표적이다. 
이러한 방법으로 제조된 산화주석은 저온 공정이 가능하지만 제조 시간이 매우 길며 넓은 면적에서는 균일성이 떨어진다고 알려져 있다. 
특히 산화타이타늄은 박막의 안정성이 낮고 500도 이상에서 1시간 이상 고온 처리를 거쳐야 해 대면적 상용화에 적합하지 않다고 여겨져 왔다.


이러한 문제를 해결하기 위해 에기연 연구팀은 두께가 얇고 균일하며 저온에서도 제조 가능한 전자수송층을 개발했다.
제조 시간도 최적화한다면 10분 이내로 가능하다는게 에기연의 설명이다. 


이번에 개발한 기술은 크기에 상관없이 균일한 박막을 짧은 시간 내에 150도 이하 저온에서도 페로브스카이트 태양전지를 만들어 낼 수 있다는 것이 특징이다.


이 기술의 핵심은 산화주석과 산화타이타늄 박막을 이중으로 코팅하는 것이다.
산화 타이타늄으로 치밀막을 형성한 뒤 산화주석 나노입자를 도포하고 폴리 아크릴릭산을 이용하면 두 입자사이의 상호작용을 통해 굴곡진 표면에서도 균일한 두께로 산화주석을 결함 없이 코팅할 수 있다.
이렇게 형성된 전자수송층은 태양전지에 활용할 경우 전하의 재결합을 억제하고 빛 흡수율을 향상시켜 고효율 태양전지를 얻을 수 있다.


에기연 연구진은 해당 기술을 페로브스카이트 태양전지에 적용해 0.1㎠ 이하 소면적 태양전지 효율 25.72%로 비공인 세계기록을 달성했다.
국제공인인증기관(Newport)에서도 25.4%의 효율을, 25㎠·64㎠ 크기의 서브모듈에서도 각각 21.66%, 20.55% 공인인증 효율을 기록해 각 면적에서 모두 세계 최고수준의 변환효율을 확보했다.


에기연 김동석 울산차세대전지연구개발센터장은 “이 기술을 활용해서 200㎠ 서브모듈에 적용했을 때도 18% 이상의 (비공인)세계 최고효율을 달성했다”며 “이는 향후 대면적 페로브스카이트 태양전지의 상용화에 핵심기술이 될 것으로 확신한다”고 말했다.

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