[TECH늬우스 | 2008.06 ] 나노기술과 초고효율 태양전지
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[TECH늬우스 | 2008.06 ] 나노기술과 초고효율 태양전지
  • 이건한 기자
  • 승인 2019.09.03 09:00
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실리콘의 한계 넘어 PSC와 나노기술 이용한 초고효율 시대 도래

[테크월드=이건한 기자] 

태양전지 산업은 그동안 실리콘을 중심으로 개발되었고, 현재 시장의 80~90%를 차지하고 있으며, 2015년경에도 여전히 실리콘이 시장의 60~70%를 점유할 것이라는 예측이 지배적이다. 그러나 최근에 미국을 중심으로 효율 50%가 넘는 초고효율 태양전지에 대한 관심이 높아지면서 Ⅲ-V 화합물 반도체 태양전지 및 나노 양자점 태양전지 분야 등에 대한 개발도 활발히 일어나고 있다.

- 전자부품 2008년 6월호 Technical Report 中

전자부품 2008년 6월호 Technical Report 中
전자부품 2008년 6월호 Technical Report 中

태양전지는 무한히 공급되는 태양광을 이용한 전력 발전으로, 오래전부터 친환경 에너지의 대표주자로 꼽혀왔다. 첫 개발은 1870년대다. 당시 첫 태양전지용 셀(Cell)이 개발됐지만 효율은 고작 1~2%로 상용화가 불가능한 수준이었다. 즉, 태양광 100을 수집하면 그중 98%가 증발한다는 이야기다.

태양전지는 구조적으로 전력 효율이 낮다. 이론상 최대 효율은 50%로, 현재 기술 수준은 약 26%에 머물러 있다. 게다가 발전량에 비해 넓은 설치 면적이 필요해 화력 발전에 비하면 아직 경제성은 부족한 편이다. 그러나 미래 친환경 에너지 인프라 구현을 위해 전 세계 연구소에서는 지금도 태양전지 효율 개선에 대한 노력을 지속하고 있다.

현재 가장 보편적으로 사용되는 태양전지 소재는 우리도 잘 아는 실리콘이다. 실리콘 태양전지 종류는 크게 단결정과 다결정질로 구분한다. 이 중 흔히 볼 수 있는 파란색 패널의 태양전지가 다결정 태양전지다. 가격이 싸지만 효율이 낮다. 단결정 패널은 검은색을 띄며 효율은 높지만 가격이 비싸다.

요즘 미래 태양전지 소재로 각광받고 있는 건 ‘페로브스카이트(Perovskite, PSC)’다. 2012년 박남규 성균관대 화학공학과 교수팀이 고체형 PSC 태양전지 개발에 성공하며 주목받기 시작했다. PSC의 최대 강점은 저렴한 생산 단가다. 실리콘에 비해 3~8배 이상 저렴해 태양전지의 단점인 경제성을 크게 개선해줄 수 있다. 다만 아직 상용 기술에 비해 발전 단가가 높고 수요량이 높지 않아 시장성 확보를 위한 기술 개발에 주력하는 단계다.

현재 국내 PSC 태양전지 기술력은 세계 최정상급이다. 기존 실리콘 소재의 한계였던 26%대 효율에 거의 근접한 기술력을 지니고 있으며, 이를 훌쩍 뛰어넘는 초고효율 태양전지 기술 개발에도 박차를 가하고 있다. 올해 8월에는 박정영 카이스트 교수와 이효철 부연구단장, 박남규 성균관대 교수팀이 공동 연구를 통해 세계 최초로 PSC 기반 핫전자 태양전지를 개발했다고 밝히기도 했다.

핫전자는 빛에너지를 흡수했을 때 표면에 생성되는 고에너지의 전자로 태양광을 전기 에너지로 전환할 때 사용되는 매개체다. 다만 핫전자는 생성 후 표면에 머무는 시간이 수 피코 초(ps, 1조 분의 1초)에 불과해 손실률이 높은데, 공동연구팀은 나노 다이오드 위에 PSC 소재를 쌓아 올리는 방식을 적용해 이 한계를 극복한 것으로 알려졌다. 이런 구조는 PSC만 단독으로 사용하던 때와 비교하면 효율이 최대 12배에 달하는 것으로 나타나며 근래 중국 등으로 넘어갔던 태양전지 기술 주도권을 다시 국내로 되찾아올 기회로 여겨지고 있다.

 


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