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국산 저비용 박막태양전지, 11.3% 최고 효율 달성

DGIST, CZTS계 소재 활용 양산화 용이한 공정 사용···15% 효율 목표
국산 CZTS계 박막태양전지의 효율이 세계 최고 기록을 달성했다.

DGIST(총장 국양)는 태양에너지융합연구센터(센터장 김대환) 연구팀이 개발한 박막태양전지의 광전변환 효율이 정식 공인 요건인 1㎠ 면적 이상 범주에서 종전 기록 10.0%을 뛰어넘는 11.3%를, 실험실 전지 범주에서는 IBM사 기록과 동률인 12.6%를 기록했다고 22일 밝혔다.

CZTS계 박막태양전지는 구리(Cu), 아연(Zn), 주석(Sn), 셀레늄(Se), 황(S) 원소로 구성된 화합물을 광흡수층 물질로 활용한 전지다. 김대환 센터장은 "이 전지는 다른 종류의 박막태양전지와 달리, 고가 또는 중금속 원소를 사용하지 않아 저비용·친환경 박막태양전지 상용화에 유리하다"고 말했다.

김 센터장은 "IBM의 실험실 전지 범주 기존 최고 기록은 폭발성이 높은 하이드라진 화합물을 사용한 공정으로 얻어졌으나, 우리는 양산화에 용이한 진공 공정을 사용했다"며 "세계 연구자들이 고효율 CZTS계 물질을 더 쉽게 연구할 수 있는 방법을 제시했다"고 자평했다.

진공 공정 열처리 시 CZTS계 흡수층 형성 메커니즘 모식도. <그림=DGIST 제공>진공 공정 열처리 시 CZTS계 흡수층 형성 메커니즘 모식도. <그림=DGIST 제공>

이번 공인 기록 2건은 태양전지 관련 전문지 'Progress in Photovoltaics'에서 출판하는 태양전지 공인 효율 테이블 최신 53판에 등재됐다. 연구팀은 15% 수준 광전변환 효율을 목표로 연구 중이라고 설명했다.

CZTS계 박막태양전지 소자 구조 모식도와 CdTe(중금속 포함), CIGS(고비용) 박막태양전지와의 비교. <그림=DGIST 제공>CZTS계 박막태양전지 소자 구조 모식도와 CdTe(중금속 포함), CIGS(고비용) 박막태양전지와의 비교. <그림=DGIST 제공>
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