한국에너지기술연구원, 세계 최고 효율 '초경량 유연 태양전지' 개발 성공 > 업계동향

한국에너지기술연구원(원장 이창근, 이하 ‘에너지연’)이 초경량 유연 페로브스카이트/CIGS 탠덤 태양전지를 개발해 23.64%의 세계 최고 효율을 달성했다고 밝혔다. 이번 연구 결과는 에너지 분야 국제 저명학술지 '줄(Joule)' 3월호에 게재됐다.

일반적으로 태양광 발전에는 실리콘 기반 단일접합 태양전지가 널리 쓰이지만, 효율의 한계로 인해 최근 페로브스카이트를 결합한 탠덤 태양전지가 주목받고 있다. 그러나 기존의 페로브스카이트/실리콘 탠덤 태양전지는 효율이 높지만 무겁고 충격에 약해 활용 분야에 제한이 있었다.

이를 극복하기 위해 에너지연 연구진은 유연성과 경량성이 뛰어난 구리-인듐-갈륨-셀레늄(CIGS) 기반의 박막 태양전지와 페로브스카이트를 결합한 탠덤 태양전지를 개발했다. 이 전지는 유연성이 높아 자동차, 항공기, 건물 외장재 등 곡선 형태의 다양한 응용 분야에 활용 가능하다.

특히, 연구진은 '리프트오프(Lift-off)' 공정을 새롭게 개발해 제작의 안정성과 성능 향상을 달성했다. 이 공정은 유리 기판 위에 폴리이미드 층을 코팅한 뒤 태양전지를 제작하고, 이후 유리에서 분리하는 방식으로, 평평한 유리 기판 덕분에 전지 제작의 균일성과 재현성을 높일 수 있었다.

또한, 연구진은 칼륨과 같은 알칼리 금속이 전지 성능을 저하시킬 수 있는 문제를 폴리이미드 층을 통해 해결했다. 계산과학을 통해 칼륨 확산을 억제할 수 있음을 밝혀내고 적용한 결과, 기존 유연 탠덤 태양전지 최고 효율 18.1%를 뛰어넘는 23.64%의 효율을 기록했다.

연구진은 내구성 검증을 위해 십만 번의 구부림 테스트를 진행했으며, 초기 효율의 97.7%를 유지하는 뛰어난 내구성도 입증했다.

연구를 주도한 정인영 선임연구원은 "유연성과 경량성을 갖춘 고효율 태양전지의 상용화 가능성을 증명한 핵심 성과"라며, "효율 30%급 초경량 유연 태양전지 개발을 위한 중요한 이정표"라고 밝혔다.

교신저자인 김기환 책임연구원은 "이번에 개발한 전지의 무게당 출력비가 기존의 페로브스카이트/실리콘 탠덤 태양전지보다 약 10배 높아 향후 다양한 산업 분야에서 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.

이 연구는 한국에너지기술연구원 기본사업의 지원 아래 경상국립대학교 이태경 교수, 연세대학교 김해진 교수와 공동으로 수행됐다.

출처 : 한국에너지기술연구원