▲ 실리콘-유기물 하이브리드 태양전지의 제조공정 개략도. 실리콘 표면을 기둥 + 피라미드 형상의 계층적 구조화 시킨 후, 상온 접촉인쇄법으로 계면에 초박막을 형성하고 유기물 PEDOT:PSS를 스핀 코팅함. 최종적으로 상부/하부 전극을 증착하여 태양전지 소자 제조 완료. .

국내 연구진이 간단한 공정으로 실리콘-유기물 하이브리드 태양전지 효율을 끌어올리는데 성공했다.

한국연구재단(이사장 조무제)은 윤성수 박사·강달영 연세대학교 교수 연구팀이 저온 공정만으로 에너지 변환 효율이 높은 실리콘-유기물 하이브리드 태양전지를 개발했다고 지난 3일 밝혔다.

기존의 실리콘 태양전지가 제조공정은 고온과 진공이 필요해 매우 복잡하고 생산비용이 많이 요구 된다.

하지만 결정질 실리콘 기판 위에 유기 반도체 물질을 코팅해 만드는 실리콘-유기물 하이브리드 태양전지는 고온과 진공이 필요하지 않아 단순한 공정으로 경제적이다. 하지만 지금까지의 하이브리드 태양전지는 에너지 효율이 15% 수준에 정체돼 있다.

이에 연구팀은 130℃ 이하의 낮은 온도에서 간단한 공정만을 이용해 에너지 효율이 17%를 상회하는 세계적인 수준의 고효율 태양전지 개발에 성공했다.

에너지 효율을 높이기 위해서 실리콘 표면을 계층적 구조로 만들어 태양빛의 반사를 감소시켰다. 계층적 구조는 주어진 구조위에 또 다른 구조가 있는 형태로써, 입사하는 태양빛의 반사를 줄이면서도 접합면적을 20% 가량 증가시켰다.

또한 각 물질 간 계면에서의 전기손실로 이어지는 재결합 손실을 줄이기 위해 상온에서 잉크물질을 1나노미터 이하로 프린팅 하는 접촉인쇄 공정을 개발했다.

강달영 교수는 “이 연구는 고가의 복잡한 공정을 전혀 적용하지 않고 저온에서 매우 간단한 공정만으로 실리콘-유기물 하이브리드 태양전지 효율을 끌어올린 것”이라며, “후속 연구를 통해 에너지 효율이 더 향상되고, 휘어지고 늘어나는 유연한 태양전지의 개발에 적용될 것으로 기대된다”라고 연구의 의의를 설명했다.

한편, 이번 연구 성과는 교육부·한국연구재단 이공학개인기초연구지원사업(기본연구)의 지원으로 수행됐다. 에너지 분야 국제학술지 어드밴스드 에너지 머트리얼즈(Advanced Energy Materials) 12월 7일에 게재됐다.