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'물' 이용한 태양전지, 가격↓·효율↑

UNIST '유기 박막 쓴 고효율 실리콘 태양전지' 최초 구현
최경진 신소재공학과 교수 "가격경쟁력 갖춘 고효율 실리콘 태양전지 만들 것"
최경진 UNIST 신소재공학과 교수는 16일 실리콘 태양전지 후면 분리막 성능을 개선하고 제조공정은 단순화 시키는 기술을 개발했다고 밝혔다. <사진= UNIST 제공>최경진 UNIST 신소재공학과 교수는 16일 실리콘 태양전지 후면 분리막 성능을 개선하고 제조공정은 단순화 시키는 기술을 개발했다고 밝혔다. <사진= UNIST 제공>
가격 경쟁이 치열한 실리콘 태양전지 시장에서 UNIST 연구진이 물을 이용해 가격을 초저가화 시키는 기술을 개발했다.

UNIST(울산과학기술원·총장 이용훈)는 실리콘 태양전지 '후면 분리막(또는 후면 전계층)' 성능을 개선하고 제조공정은 단순화하는 기술을 개발했다고 16일 밝혔다. 유기물로 이뤄진 분리막에 물을 첨가하는 방식으로 성능은 높이고 제조 공정은 줄였다. 분리막은 태양전지 효율을 좌우하는 중요한 전지 구성층이다.

실리콘 태양전지 후면 분리막은 광(光)생성 전자(음전하를 가지고 있는 기본 입자)와 정공(전자의 빈 상태를 나타내는 가상의 입자) 간 재결합을 막는 중요한 역할을 한다. 분리막이 없을 경우 태양광을 받은 광활성층은 전자와 정공을 배출하고, 서로 결합해 사라진다. 

전력량은 전자와 정공 양이 결정하므로 전지 효율을 높이기 위해선 전자와 정공 재결합을 효과적으로 막는 분리막이 필요하다.

최경진 UNIST 연구팀은 기름처럼 물을 싫어하는 유기 박막에 물을 첨가해 분리막 효율을 높였다. 유기 박막에 물을 첨가하면 유기물 입자가 조밀하고 규칙적인 구조로 정렬된다. 미세구조가 정렬됨에 따라 전자는 끌어당기고 정공은 밀어내는 힘이 커져 분리막 성능이 개선된다.

제1저자인 UNIST 신소재공학부 강성범 연구원은 "유기 박막 내부 미세구조 정렬 현상을 발견하고 태양전지 제조 방식을 고안했다"고 설명했다.

이 기술을 이용하면 제조 과정 중에 분리막 구멍을 뚫는 고가의 공정이 필요없다. 분리막은 전기가 통하지 않아 구멍을 뚫어 전자와 정공 통로를 만들어야 한다. 새롭게 개발된 분리막은 첨가됐던 물을 증발시켜 제거함으로써 보다 쉽게 구멍을 만들 수 있다.

전지 제조 단순화로 기존 실리콘 태양전지에서 필수적으로 사용되던 고온의 도핑 공정과 진공장비 사용을 대체할 수 있다. 이는 실리콘 태양전지 초저가화·고효율화에 새로운 전략이 될 것으로 기대된다.

최경진 교수는 "고가의 진공장비가 필요한 무기 박막 태양전지와 달리 유기 박막을 쓸 경우 공정이 간편해진다"라며 "가격경쟁력을 갖춘 고효율 실리콘 태양전지를 만들 수 있을 것"이라고 전망했다.

한편 이번 연구는 소재 분야 세계적 학술지인 'Advanced Functional Materials'에 9월 13일 자로 온라인 공개됐다. 연구 수행은 한국연구재단 중견연구자지원사업, 산업통상자원부 한국에너지기술평가원 에너지기술개발사업 지원으로 이뤄졌다.

제조된 태양전지의 구조(a)와 물에 의한 유기박막 내부 구조 정렬 전(b) 후(c) 비교. <사진= UNIST 제공>제조된 태양전지의 구조(a)와 물에 의한 유기박막 내부 구조 정렬 전(b) 후(c) 비교. <사진= UNIST 제공>
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