초저가 박막태양전지 공정기술 개발

친환경 범용원소 기반 태양광 흡수층 형성 기술 확보
허재영 전남대 교수 "흡수층 소재연구 기반 마련"
주석 황화물 흡수층의 모폴로지 조절 결과 비교 이후 박막태양전지 효율 증대.<사진=한국연구재단 제공>주석 황화물 흡수층의 모폴로지 조절 결과 비교 이후 박막태양전지 효율 증대.<사진=한국연구재단 제공>

국내 연구팀이 범용 원소를 기반으로 초저가 박막태양전지 공정기술을 개발했다.

한국연구재단(이사장 조무제)은 허재영 전남대학교 교수 연구팀이 저비용 주석 황화물을 기반으로 태양광 흡수층 형상 제어 기술을 개발해 장시간 안정적인 박막태양전지를 제작했다고 15일 밝혔다.

태양전지는 햇빛으로 전기를 생성하는 전지다. 화석연료를 대체할 차세대 신재생에너지의 대표 주자다. 그중 값싼 금속기판 위에 반도체 박막 형성을 통해 제조하는 박막태양전지는 가격 경쟁력이 뛰어나 주목을 받고 있다.

하지만 현재 상용되는 박막태양전지는 높은 에너지변환 효율을 가지고 있으나 매장량이 적은 인듐과 갈륨을 사용해 제작비용이 높은 한계가 있다.

연구팀은 단순하고 대량생산에 적합한 기상증착법을 이용해 주석 황화물의 형상제어 기술을 확보하고 이를 박막태양전지에 적용했다.

기상증착법이란 고온의 입자가 불활성 기체와 함께 증발·이동해 저온의 기판에 응축되면서 박막을 형성하는 기법을 발한다. 증착 속도가 빠르고 대면적 소자 제작에 유리하다.

연구팀은 주석 황화물 흡수층 형성에서 반응속도를 제어함으로써 기존에 알려진 판상 형태의 모폴로지(흡수층 박막의 최종적인 표면 형상)가 아닌 고밀도 정육면체 형태 모폴로지 형성이 가능하다는 것을 실험적으로 제시했다.

연구팀이 제작한 박막태양전지는 2.984%의 광변환 효율을 보였다. 또 6개월 이상의 장기간 공기 노출에도 초기 효율의 98.5%를 유지하는 우수한 대기 안정성을 나타냈다. 이는 카드뮴 황화물 버퍼층을 기반으로 하는 주석 황화물 박막태양전지 중 최고효율에 해당한다.

허재영 교수는 "기존의 복잡한 조성을 갖는 박막태양전지 흡수층 소재 제작의 어려움을 극복하고 단순 친환경 원소를 기반으로 하는 흡수층 소재 연구의 기반을 마련한 것"이라며 "화석연료를 대체할 정도로 경제성을 확보한 차세대 박막태양전지 개발을 앞당길 수 있을 것"이라고 말했다.

한편, 이번 연구 성과는 에너지 분야 국제학술지 '어드밴스드 에너지 머터리얼즈(Advanced Energy Materials)'에 4일자 논문으로 게재됐다.
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