차세대 태양전지 페로브스카이트, 값싸게 넓은 면적으로 제작 성공

한-호주 연구팀 공동 한국과 호주 공동연구진이 실리콘 태양전지를 대체할 차세대 후보인 페로브스카이트 태양전지를 값싸게 넓은 면적으로 제작하는 기술을 개발했다.

김동유 광주과학기술원(GIST) 교수와 박두진 호주 국립과학원 박사팀은 10일 금형 판(슬롯다이) 사이로 용액을 주입해 공급 물질을 일정 두께의 박막으로 만드는 슬롯다이코팅 공법과 플라스틱이나 금속 박막 형태의 기판 위에 전자소자를 만드는 롤투롤 공정으로 대면적 페로브스카이트 태양전지를 제작했다고 밝혔다.

페로브스카이트는 빛 흡수성이 우수하고 광전변환 효율이 높을 뿐 아니라 물질 원가가 저렴하고 용액공정이 가능해 기존 실리콘 태양전지를 대체할 저비용·고효율 차세대 태양전지 소재로 주목받고 있다.

그러나 페로브스카이트 태양전지 연구는 현재 초기 단계로 소형·소량 생산에 적합한 스핀코팅 공정으로 생산될 뿐 대면적·대량생산 등 상용화를 위한 연구는 거의 진행되지 않았다. 연구진은 스핀코팅 대신 슬롯다이코팅 공정을 도입하고 질소가스로 기판 온도를 조절해 페로브스카이트 결정 크기를 수십 나노미터(10억 분의 1m)에서 수 마이크로미터(㎛=100만 분의 1ｍ)까지 키운 균일한 필름을 만드는 데 성공했다. 이렇게 만들어진 페로브스카이트 태양전지는 광전변환효율 12% 정도로 스핀코팅으로 만든 것과 비슷한 수준을 보였다.

연구진은 또 페로브스카이트 태양전지 소자 제작에 필요한 모든 세부조건을 롤투롤(roll-to-roll) 공정에 그대로 적용해 기존 연구용 소자(0.1㎠)보다 400배 큰 40㎠의 대면적 페로브스카이트 태양전지 모듈을 제작했다.

박양수 기자 yspark@munhwa.com