중국, 페로브스카이트·실리콘 태양전지 광전변환효율 32.5%…"경이적"

베이징공업대 등 BIT 첨단학제 공동 연구팀, 텐덤형으로 "세계최고"

중국 연구진이 텐덤형(두가지 제조방식을 결합합 형태)으로 제작한 페로브스카이트/결정질 실리콘 스택 태양전지의 광전변환효율 32.5%를 기록했다. 마의 벽으로 알려진 페로브스카이트 이론적 변환효율 31%를 뛰어넘는 결과물이다.

국내에서는 한국에너지기술연구원이 지난 2월 주성엔지니어링(주)과 독일 율리히 연구소 공동으로 제작한 양면수광형 탠덤 태양전지 4단자형이 광전변환효율 31.5%를 달성한 바 있다.

또 지난 3월엔 UNIST가 페로브스카이트 태양전지 효율 23.74%를 기록했다.

지난 3일 중국 과학기술일보 등 외신의 국제학술지 사이언스 인용 보도에 따르면 베이징공업대학 등 BIT 첨단 학제 공동 연구팀이 장시간 안정성을 나타내는 페로브스카이트와 결정질 실리콘 적층셀을 결합한 텐덤형 태양전지를 개발, 세계 최고 수준의 광전변환효율을 기록했다.

자료 : 한국화학연구원과 유니테스크가 상용화한 페로브스카이트 전지 제조 설비.(사진=화학연)

현재 가장 일반적인 태양전지는 결정질 실리콘 전지다. 이 전지 광전변환효율은 대략 26%다.

이번에 베이징공업대 공동 연구팀이 개발한 태양전지는 페로브스카이트와 결정질 실리콘을 적층한 템덤형으로 제조됐다.

연구팀은 "페로브스카이트 필름이 불균일하고 결정 품질이 좋지 않은 등의 문제가 자주 발생했다"며 "이 문제가 완제품 결함으로 이어져 광전 변환율과 수명에 영향을 미쳤다"고 언급했다.

통상 텐덤 배터리를 만들기 위해서는 먼저 페로브스카이트 전구체 액체층을 결정질 실리콘 셀 위에 도금한뒤 최종적으로 넓은 밴드갭의 페로브스카이트 필름으로 '성장'시키는데, 이 때 페로브스카이트의 재료 다양성과 복잡한 결정상으로 인해 균일성 확보가 어렵다는 것이다.

연구팀은 전구체 용액에 장쇄 알킬아민(long-chain alkylamine, 유기화합물의 일종)을 첨가하는 방법으로 고품질 결정핵 성장에 성공했다. 또 저품질 결정핵 '성장'은 억제하는 방법을 찾아 균일한 고품질 와이드 밴드갭을 만들어냈다.

BIT 재료과학 및 공학부 첸이화 조교수는 "1㎠와 25㎠의 페로브스카이트/결정질 실리콘 적층 셀을 각각 만들어 광전 변환 효율 32.5%를 달성했다"며 이들 2개의 전지는 기존의 결정질 실리콘 태양전지보다 평균 29.4% 더 우수하다"고 소개했다.

자료 : 친환경 컬러 CIGS 박막 태양전지 활용 예상도.(그래픽=ETRI)