[파이낸셜뉴스] 세계적으로 신재생 에너지에 대한 투자와 연구개발이 경쟁적으로 이뤄지고 있는 가운데 국내 여러 연구기관에서도 차세대 태양전지에 대한 연구가 활발하다. 국내 태양전지 R&D가 다양하게 이뤄지고 있어 상용화에 대한 기대감도 날로 커지고 있다.
유엔환경계획(UNEP)의 재생가능 에너지 투자보고서에 따르면 2010년에서 2019년까지 10년간 신재생 에너지 용량에 대한 전세계 투자는 2조6000억 달러에 달한다. 태양에너지는 전체 재생에너지 투자 중 절반인 1조3000억 달러를 끌어모은 것으로 나타났다.
충남대 윤순길 교수 연구팀이 페로브스카이트 태양전지를 저온에서 제작할 수 있는 무전사 그래핀 전극을 개발했다. 또 UNIST 신소재공학부의 최경진 교수팀은 '투명 전도성 접착층(TCA)'을 이용한 신개념 탠덤 태양전지를 개발했다.
■실리콘 대체할 페로브스카이트
충남대 윤순길 교수 연구팀이 개발한 페로브스카이트 태양전지용 무(無)전사 그래핀 전극은 저온에서 만들 수 있고 안전성과 경제성을 높일 수 있다.
연구팀은 100℃ 이하에서 탄소를 타이타늄(10nm) 버퍼층에 흡착하는 방식으로 대면적 그래핀을 성장하는 다른 방식을 이용했다. 실제 이렇게 만들어진 페로브스카이트 태양전지는 전사공정을 통한 그래핀 태양전지 대비 효율이 14.2%, 투명도는 약 26%로 향상됐다.
500시간 사용시 전사 공정된 그래핀 태양전지는 초기 효율보다 약 20% 감소를 보였으나 무전사 그래핀 전극은 약 13%의 감소에 그쳤고 유연성 측면에서 1000 사이클에서 전사 공정된 그래핀 태양전지보다 7% 향상된 안정성을 보였다.
윤순길 교수는 "현재의 구조에서 효율을 더 높일 수 있게 되면 실리콘 태양전지를 대체할 수 있으며 나아가 유연한 사물인터넷 등에도 응용할 수 있다"고 설명했다.
■실리콘+페로브스카이트
UNIST 최경진 교수 연구팀이 개발한 탠덤 태양전지는 광흡수층으로 '실리콘'과 '페로브스카이트'를 사용해 높은 효율을 얻었고, 두 층의 연결부에 투명 전도성 접착층을 도입해 제조과정을 단순화했다. 또한 탠덤 태양전지는 제조과정이 간단해져 상용화 기대도 높다.
실제로 이번 연구에서는 현재 제조 단가가 가장 낮은 실리콘 태양전지를 하부 태양전지로 활용해 가격 경쟁력도 갖출 수 있다. 최경진 교수는 "하부 태양전지로 PERC 구조의 실리콘 태양전지와 밴드갭 조절 기술이 적용된 페로브스카이트 태양전지를 적용한다면, 24% 이상의 고효율 탠덤 태양전지 개발도 가능하다"고 전망했다.
이번 연구에 참여한 신성이엔지 홍근기 박사는 "적층형 탠덤 태양전지보다 훨씬 간편한 방식으로 제작할 수 있는 방식"며 "기존 실리콘 태양전지 제조 시설을 그대로 이용할 수 있어 상용화 가능성이 크다"고 기대했다.
이 두 연구팀의 성과는 지난 8월 에너지 분야에서 세계적 학술지인 '나노 에너지(Nano Energy)' 온라인판에 발표됐다.
monarch@fnnews.com 김만기 기자
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