한국-호주 공동 연구팀은 저비용으로 넓은 면적의 페로브스카이트(Perovskite) 태양전지를 만드는데 성공했다고 10일 밝혔다.
이번 연구는 광주과학기술원 김동유 교수와 호주국립과학원 박두진 박사가 주도하고, 광주과기원 황경일 박사과정생이 참여했다.
![](https://image.zdnet.co.kr/2015/02/10/nbtaMT70fuUe829cr9K3.jpg)
연구팀은 대면적, 대량생산에 적합한 슬롯다이코팅 공법과 여러 개의 휘어질 수 있는 플라스틱이나 금속박막 형태의 롤위에서 전자소자를 만드는 롤투롤 공정을 통해 페로브스카이트 물질을 제작했다. 페로브스카이트는 빛을 흡수하는 능력이 우수해 높은 광전변환효율을 보이며 물질 원가가 매우 저렴하고 용액공정이 가능해 저비용-고효율 차세대 에너지 소재로 주목 받고 있다.
![](https://image.zdnet.co.kr/2015/02/10/s6xP2yyOozVTH2FimGsX.jpg)
그러나 현재 페로브스카이트 태양전지 연구는 초기단계로, 대면적-대량생산이 불가능한 스핀코팅 공정으로 진행되기 때문에 고효율 소자 제작과 기초 구동원리 연구에만 집중돼 있고, 대면적-대량생산 등 상용화를 위한 연구는 거의 진행되고 있지 않다. 페로브스카이트는 물질자체의 특성으로 필름형성단계에서 결정의 크기와 균일도 등을 조절하기 어렵다. 특히 균일도 문제는 기존의 스핀코팅 공정보다 필름형성시간이 긴 대면적코팅 공정에서 더 심각하다. 따라서 연구팀은 필름형성과정에서 질소가스를 사용해 필름의 건조를 촉진시켜 필름형성시간을 줄였다.
또한 기판의 온도 조절로 결정의 크기를 조절하여 수십 나노미터(10억분의 1m)에서 수 마이크로미터(100만분의 1m)까지 페로브스카이트 결정의 크기를 키우고 균일하게 만들었다. 이렇게 만들어진 슬롯다이코팅 기반의 페로브스카이트 태양전지는 스핀코팅의 태양전지와 비슷한 약 12%의 광전변환효율을 보였다.
연구팀은 더 나아가 페로브스카이트 태양전지 소자 제작에 필요한 모든 세부 조건들을 롤투롤 공정에 그대로 적용해 기존 연구용 소자(0.1cm2)보다 400배 큰 40cm2의 대면적 페로브스카이트 태양전지 모듈을 구현했다.
관련기사
- 국내 연구진, 저비용으로 태양전지 효율 2배↑2015.02.10
- KIST, '휘는 태양전지' 생산비 확 낮춘 신기술 개발2015.02.10
- 車 지붕에 태양전지…포드 하이브리드 컨셉카2015.02.10
- 고효율 고분자 태양전지 기술 개발2015.02.10
김동유 교수는 “이번 연구는 고효율의 페로브스카이트 태양전지를 저렴하게 대면적으로 생산할 수 있다는 사실을 이론이 아닌 실제적으로 보여준 사례”라며, “롤투롤 공정 기반 페로브스카이트 태양전지 모듈 제작의 첫 성공이자 상용화를 앞당기는 중요한 초석이 될 것으로 기대한다”고 연구의의를 밝혔다.
한편 이번 연구는 미래창조과학부가 추진하는 기초연구사업(중견연구자지원) 등의 지원으로 수행됐고, 재료공학분야의 권위지인 Advanced Materials 온라인 판(1월 7일자)에 게재됐다.