실리콘-유기물 하이브리드 태양전지의 제조공정 개략도 (사진=한국연구재단 제공)
국내 연구팀이 저온 공정만으로 에너지 변환 효율이 높은 실리콘-유기물 하이브리드 태양전지를 개발했다.
한국연구재단은 윤성수 박사‧강달영 교수(연세대학교) 연구팀이 실리콘-유기물 하이브리드 태양전지를 개발했다고 밝혔다.
이 태양전지는 결정질 실리콘 기판 위에 유기 반도체 물질을 코팅하여 완성되는 태양전지로서, 기존 결정질 실리콘 태양전지에 비해 간단한 저온 공정이 적용되므로 제조비용을 획기적으로 줄일 수 있다.
신재생에너지로 각광받는 태양전지 중에서도 현재 시장에서 주류를 차지한 것은 결정질 실리콘 태양전지이다. 이들은 높은 에너지 효율(20% 이상)과 장기적인 안정성이 큰 장점이지만, 제조공정에서 고온과 진공을 이용하여 매우 복잡하고 비용이 많이 요구된다.
연구팀은 130℃ 이하의 낮은 온도에서 간단한 공정만을 이용하여 에너지 효율이 17%를 상회하는 세계적인 수준의 고효율 태양전지 개발에 성공했다.
에너지 효율을 높이기 위해서 실리콘 표면을 계층적 구조로 만들어 태양빛의 반사를 감소시켰고, 유기 고분자 물질의 두께를 제어하여 전기에너지 손실을 막아냈다. 또한 각 물질 간 계면에서의 재결합 손실을 줄이기 위하여 상온에서의 접촉인쇄 공정을 개발했다.
접촉인쇄 공정은 잉크물질을 함유하고 있는 탄성체 스탬프를 기판에 단순히 접촉만 시켜 놓음으로써 잉크물질을 1 나노미터이하의 두께로 매우 얇게 프린팅하는 공정 기법이다.
강달영 교수는 "이 연구는 고가의 복잡한 공정을 전혀 적용하지 않고 저온에서 매우 간단한 공정만으로 실리콘-유기물 하이브리드 태양전지 효율을 끌어올린 것"이라며, "후속 연구를 통해 에너지 효율이 더 향상되고, 휘어지고 늘어나는 유연한 태양전지의 개발에 적용될 것으로 기대된다"라고 연구 의의를 설명했다.
이 연구 성과는 에너지 분야 국제학술지 어드밴스드 에너지 머트리얼즈(Advanced Energy Materials) 12월 7일에 실렸다.