효율-수명, 두마리 토끼 한번에 잡은 태양전지 나왔다

2016.06.13 18:00
부산대 제공
부산대 제공
국내 연구진이 태양전지의 효율과 수명을 향상시키면서 동시에 생산비용까지 낮춘 제조기술을 개발했다.

 

진성호 부산대 화학교육과 교수(사진)팀은 노용영 동국대 교수팀과 공동으로 전극의 층 사이에 고품질의 필름을 집어넣어 태양전지의 수명을 1.5배 높이는 데 성공했다고 13일 밝혔다.

 

태양전지는 태양빛을 받아 전자와 정공을 형성한다. 하지만 전자와 정공의 이동속도가 다르다는 점은 태양전지의 효율을 감소시키는 원인이 됐다.

 

연구진은 태양전지의 전극 사이에 개발한 박막 피오타즈(빨간색) 층을 넣어 효율과 수명 문제를 해결했다. - 부산대 제공
연구진은 태양전지의 전극 사이에 피오-타즈(빨간색) 박막을 넣어 효율과 수명 문제를 동시에 해결했다. - 부산대 제공

이 문제를 해결하기 위해 연구진은 전극 층 사이에 자체 개발한 고품질 박막인 ‘피오타즈(PO-TAZ)’를 집어넣었다. 산화아연으로 이뤄진 이 박막은 전자와 정공이 분리됐을 때 전자를 전극으로 빠르게 이동시켜주는 역할을 한다. 실제로 박막을 넣자 전자이동도가 약 2배 증가하는 것으로 나타났다.

 

또 박막 덕분에 전지에서 태양 빛을 받는 부분에 수분과 산소의 유입이 차단돼 소자의 수명을 1.5배 이상 높일 수 있었다.

 

이를 적용해 만든 페로브스카이트 태양전지는 광전환 효율이 16.23%를 기록해 기존(13.6%)보다 높게 나타났다. 유기태양전지에 적용한 경우에도 8.55%에서 10.04%로 효율이 올랐다. 태양전지의 효율이 초반에 급격히 떨어지는 문제도 해결해, 40일이 지난 뒤에도 초기 효율 대비 85% 이상을 유지했다.

 

또 기존에는 450도에서 만들어야 했지만 이번 기술을 적용한 결과, 150도 이하의 저온에서도 제작이 가능해 제작 단가를 낮출 수 있다는 장점도 확인했다.

 

진 교수는 “저렴하고 간단한 방법으로 수명이 긴 태양전지를 만드는 기술이라는 점에서 의의가 크다”며 “태양전지 뿐 아니라 다양한 유기전자 소자들의 성능과 수명을 끌어올리는 데 기여할 것”이라고 말했다.

 

연구결과는 에너지 분야 권위지인 ‘에너지와 환경과학(Energy & Environmental Science)’ 지난달 30일자에 실렸다.

 

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