UNIST 연구진, 고효율 '탠덤 태양전지' 개발

2019.04.01 16:58
송명훈(왼쪽)∙최경진(오른쪽) 울산과학기술원(UNIST) 신소재공학부 교수 연구팀이 탠덤 태양전지 효율을 21.29%로 끌어올리며 세계 최고 기록을 확보했다. 탠덤 태양전지의 이론적 최대효율은 87%에 해당해 현재 태양전지 시장의 주류를 이루는 실리콘 태양전지 최대효율보다 약 3배가 높다.울산과학기술원 제공
송명훈(왼쪽)∙최경진(오른쪽) 울산과학기술원(UNIST) 신소재공학부 교수 연구팀이 탠덤 태양전지 효율을 21.29%로 끌어올리며 세계 최고 기록을 확보했다. 탠덤 태양전지의 이론적 최대효율은 87%에 해당해 현재 태양전지 시장의 주류를 이루는 실리콘 태양전지 최대효율보다 약 3배가 높다.울산과학기술원 제공

국내연구팀이 탠덤 태양전지 효율을 21.29%로 끌어올리며 세계 최고 기록을 확보했다. 탠덤 태양전지는 실리콘 태양전지에 페로브스카이트 태양전지를 합친 것으로 이론상 최대효율은 87%에 육박한다. 현재 태양전지 시장의 주류를 이루는 실리콘 태양전지 최대효율보다 약 3배가 높아 효율한계에 다다른 실리콘 태양전지의 문제를 해결해줄 것으로 기대를 모은다.


최경진∙송명훈 울산과학기술원(UNIST) 신소재공학부 교수 연구팀은 저비용 고효율의 ‘일체형 페로브스카이트∙실리콘 탠덤 태양전지’를 개발했다고 1일 밝혔다.


태양전지는 반도체가 태양광을 흡수해 전기를 생산하는 장치로 물질마다 흡수할 수 있는 태양광의 범위가 다르다. 단일 물질만 사용하게 되면 일부 영역의 태양광은 투과되거나 열 에너지로 낭비되는 문제가 있다. 실리콘 태양전지의 효율은 현재 이론적 최대효율인 29%에 가까워져 26.6%에 이르렀고 태양전지 단가는 1와트(W)당 16센트(약 180원)이하로 떨어져 태양전지 생산업체들의 손익분기점을 위협하고 있다. 국내 태양광 산업의 생존을 위해선 태양전지 효율을 높여야 한다.


연구팀은 태양전지 효율을 높이기 위해 실리콘 태양전지에 페로브스카이트 태양전지를 더한 탠덤 태양전지를 개발했다. 일명 ‘1+1 태양전지’로 불리는 탠덤 태양전지의 이론적 최대효율은 87%에 달한다. 서로 보완적인 두 개 이상의 광흡수 반도체를 수직으로 쌓아 투과되거나 낭비되는 에너지를 최소화할 수 있기 때문이다. 


연구팀은 갈륨(Ga)과 비소(As)를 활용한 반도체로 탠덤 태양전지를 만들었다. 하지만 비싼 재료와 공정 장비를 사용하기 때문에 상용화하기 어려웠다. 연구팀은 제조 단가가 가장 낮은 실리콘 태양전지와 고효율의 페로브스카이트 태양전지를 동시에 사용해 21.19%의 효율을 얻으며 세계 최고 기록 확보에 성공했다. 기존 실리콘 태양전지 공정을 그대로 활용할 수 있다는 장점도 있다.


최 교수는 “태양광 산업 핵심 원천 기술을 확보해 국제적 경쟁력을 갖춰야 살아남을 수 있다”며 “국내 최초로 페로브스카이트∙실리콘 탠덤 태양전지에 도전해 저비용·고효율을 달성한 이번 연구가 국내 태양광 산업 성장에 이바지할 수 있을 것”이라고 말했다.


이번 연구결과는 국제학술지 ‘나노 에너지’ 지난달 19일에 발표됐다.

 

일체형 페로브스카이트∙실리콘 탠덤 태양전지 구조(왼쪽)와 태양전지 성능를 나타냈다. 오른쪽 그래프 중 내부 그래프에 이 태양전지의 효율이 21.1%로 기록돼 있다. 울산과학기술원 제공
일체형 페로브스카이트∙실리콘 탠덤 태양전지 구조(왼쪽)와 태양전지 성능를 나타냈다. 오른쪽 그래프 중 내부 그래프에 이 태양전지의 효율이 21.1%로 기록돼 있다. 울산과학기술원 제공

 

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