DGIST, 차세대 박막태양전지의 효율 높일 핵심원리 규명

[테크월드=김정진 기자] 국내 연구진이 미래 친환경 에너지원인 차세대 박막태양전지의 효율을 더욱 높일 수 있는 핵심원리를 찾아내 향후 미래 태양광 기술과 차세대 박막태양전지 산업 발전에 큰 기여를 할 것으로 기대된다.

DGIST는 박막태양전지연구센터 강진규 박사 연구팀이 CZTS 박막태양전지 공정 과정에서 광흡수층 합성에 필요한 입자의 성장을 돕는 액상(L-CTSe)을 최초로 발견했다고 14일 밝혔다. 

환경오염문제와 더불어 신재생 에너지 개발은 매우 중요한 국가적 화두다.

이 중 태양에너지는 매우 주목받는 대체에너지이며, 저비용, 무독성 소재를 활용한 차세대 태양전지 연구가 전 세계에서 활발히 진행 중이다. 

DGIST 박막태양전지연구센터에서 개발 중인 CZTS 박막태양전지는 저렴하고 독성이 거의 없는 구리, 주석, 아연을 주요 소재로 활용한다.

고가의 인듐, 갈륨이 소재인 CIGS 박막태양전지나 유독성 중금속인 납을 포함되는 페로브스카이트와는 달리 대량 생산이 용이한 장점이 있다.

특히 DGIST 연구팀이 보유하고 있는 CZTS 박막태양전지 광전변환효율은 세계최고 수준인 12.6%를 기록하고 있으며, 상용화 연구에 앞장서고 있다.

연구팀은 액상이 포함된 박막 내부에서 구리, 아연, 주석, 황, 셀레늄으로 구성된 여러 크기의 입자들을 관찰했다. 작은 입자들은 액상에 쉽게 녹아 큰 입자들과 결합하면서 큰 입자는 더욱 더 크게 성장했다.

이렇게 성장한 입자들은 구리, 아연, 주석, 황, 셀레늄 화합물로 구성된 광흡수층으로 형성되었다. 이를 통해 액상이 광전변환 효율을 좌우하는 입자 형성에 기여하는 것을 최초로 규명했다.

또한 액상을 제어할 경우 저온에서도 큰 입자가 성장해 광흡수층을 형성할 수 있음을 추가로 제시했다.

박막태양전지연구센터 김대환 책임연구원은 “액상이 식으면서 발생하는 고체 상태인 잔류물질이 입자 경계에 일부 존재하는 것을 확인했다”며 “추가연구를 통해 이를 제거한다면 소자 효율을 더욱 향상시킬 수 있을 것”이라고 말했다. 

이번 연구는 김세윤 연구원과 손대호 연구원이 주저자로 참여했고, 에너지 분야 국제학술지인 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)’ 4월 14일 표지논문으로 게재됐다.

이 연구는 산업통상자원부 산하 한국에너지기술평가원이 지원한 ‘범용무독성 광흡수층 기반 플렉시블 무기 박막태양전지개발’ 과제로 수행됐다.