▲ 석상일 박사.

기존 실리콘 태양전비보다 값싸고 손쉽게 고효율의 태양전지를 만들 수 있는 길이 열렸다.

한국화학연구원은 최근 석상일 박사 연구팀이 페로브스카이트 태양전지의 효율을 세계 최초로 20.1%까지 끌어올리는 새로운 공정기술을 개발했다고 밝혔다.

연구팀은 화학연 석상일 박사(성균관대학교 에너지과학과 교수 겸직)가 주도하고 양운석 박사과정, 노준홍 박사가 공동 제1저자로 참여했다.

연구진은 2012년부터 무기물과 유기물을 화학적으로 합성한 태양전지 소재 연구를 시작했으며, 기존 페로브스카이트 태양전지보다 고효율의 소재(광전변환 효율 : 18.4 %, 공식 인증 효율 : 17.9 %)를 합성하는데 성공하고 2015년 1월 네이처(Nature, IF=42.351)지에 신규 페로브스카이트 조성을 설계·합성하는 연구 결과를 발표한 바 있다.

연구팀은 1월 개발한 페로브스카이트 태양전지의 추가 효율 향상을 위해 ‘화학분자 교환법’이라는 새로운 방식의 제조 공정을 개발했고, 이를 이용해 태양광을 더 효과적으로 흡수할 수 있는 고품질의 박막을 제조할 수 있었다.

‘화학분자 교환법’은 서로 다른 화학분자가 순간적으로 교환될 수 있는 공정으로써, 결함이 적고 결정성이 우수한 화학물질을 제조하는 방법이며, 용액공정을 이용해 대규모로 제작할 수 있는 장점이 있다.

이 공정을 통해 제작된 태양전지는 상용화된 실리콘 태양전지와 비슷한 에너지 변환효율 20.1%를 나타내며, 미국 재생에너지연구소(NREL)에서 공식 인증 받았다.

석상일 박사는 “세계적으로 이슈가 되고 있는 미래 신재생 에너지 경쟁에서 선두를 점할 수 있는 원천기술을 국내에서 개발했다는 데 의미가 있으며, 이번 개발된 공정 기술은 대규모 연속공정 기술에 쉽게 적용할 수 있어 빠른 상용화가 가능할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

한편 이번 성과로 정부가 지난 2015년 4월 기후변화 대응을 위한 ‘에너지 신산업 및 핵심 기술개발 전략’ 이행계획을 통해 밝혔던 차세대 태양전지 핵심기술 개발 및 신산업 활성화에도 더욱 탄력이 붙을 것으로 기대되고 있다.

▲ 화학분자 교환법 모식도.