이광희 GIST 교수 "차세대 대양전지 상용화·산업화 기여"

금속 필라멘트 나노전극의 형성 모식도. 페로브스카이트 모듈의 직렬연결 부위에 전기장을 가해 금속 이온을 상부전극부터 하부전극까지 확산시켜서 금속 필라멘트 나노전극을 형성한다.<사진=한국연구재단 제공>
금속 필라멘트 나노전극의 형성 모식도. 페로브스카이트 모듈의 직렬연결 부위에 전기장을 가해 금속 이온을 상부전극부터 하부전극까지 확산시켜서 금속 필라멘트 나노전극을 형성한다.<사진=한국연구재단 제공>
국내 연구팀이 페로브스카이트 태양전지의 모듈 효율을 높이는 기술을 개발했다.

한국연구재단(이사장 노정혜)은 이광희 GIST 교수 연구팀이 전기화학적 패턴 방식을 이용해 페로브스카이트 태양전지의 모듈 효율을 높이는 모듈 구조를 개발했다고 21일 밝혔다.

페로브스카이트 태양전지는 용액 공정이 가능하고 소자의 에너지 전환 효율이 높아 미래 에너지원으로 주목받고 있다. 에너지 전환 효율이 2018년 기준 22.7%로 기록됐다.

하지만 페로브스카이트 태양전지 상용화를 위해서는 정밀한 패턴 공정으로 유효 면적을 극대화해 고효율의 대면적 모듈을 제작하는 기술이 필요하다. 유효 면적이란 태양전지 모듈에서 광활성 영역(빛을 흡수해 전하를 생성하는 영역)이 차지하는 면적을 말한다.

연구팀은 유·무기 복합 페로브스카이트가 이온 전도성이 있다는 것을 확인했다. 직렬연결 부위에 금속 나노 전극을 형성함으로써 새로운 모듈을 구현했다. 특히 연구팀이 개발한 페로브스카이트 태양전지 모듈은 유효 면적 94.1%, 모듈 효율 14.0%를 달성했다.

또 금속 나노 전극을 이용하면 모듈 연결 시 발생하는 단위 셀의 비활성 영역 길이를 600µm(마이크로미터) 수준까지 감소시켰다. 이로 인해 단위 셀 길이 1cm의 페로브스카이트 태양전지 모듈 제작 시 유효 면적을 94.1% 수준까지 넓힐 수 있었다.

이광희 교수는 "이번 연구는 현재 페로브스카이트의 낮은 모듈 효율을 개선할 수 있는 새로운 모듈 구조를 개발한 것"이라며 "앞으로 화석연료 자원을 대체하는 차세대 태양전지 상용화와 산업화를 한 단계 앞당긴 것으로 평가할 수 있다"고 말했다.

한편, 이번 연구 결과는 국제학술지 사이언스(Science)의 자매지인 '사이언스 어드밴스즈(Science Advances)'에 17일자 논문으로 게재됐다. 

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