울산과학기술원(UNIST) 연구팀이 페로브스카이트·실리콘 탠덤 태양전지를 일반 대기 환경에서도 고효율로 제조할 수 있는 계면 코팅 물질을 개발했다.

그간 해당 유형의 고효율 전지는 수분을 차단한 특수 설비에서만 만들 수 있어 양산 비용이 높았는데, 이를 해소할 기술적 토대가 마련됐다는 평가다.

석상일 UNIST 에너지화학공학과 특훈교수와 최경진 신소재공학과 교수팀은 사우디아라비아 킹압둘라과학기술대(KAUST)와 공동으로 이 물질을 개발했다고 11일 밝혔다. 연구 결과는 학술지 네이처 포토닉스(Nature Photonics)에 6월 1일 공개됐다.

페로브스카이트·실리콘 탠덤 태양전지는 두 전지를 위아래로 쌓아 서로 다른 파장의 빛을 나눠 흡수하는 구조다. 단일 실리콘 전지보다 높은 효율을 낼 수 있어 차세대 태양전지로 꼽히며 중국 등 주요국이 기술 경쟁에 나서고 있다.

고효율 전지를 만들려면 페로브스카이트층 아래 깔리는 얇은 접촉층이 균일해야 한다. 기존 코팅 물질은 공기 중 수분에 취약해 고르게 형성되지 못했고, 이를 보완하려면 수분을 완전히 차단한 특수 장비가 필요했다.

연구팀은 기존 물질(Me-4PACz)에 GDMA와 AG 2가지 성분을 추가해 코팅층의 균일성과 결함 억제력을 동시에 높였다. 이 물질을 적용한 탠덤 전지는 일반 대기에서 제조했음에도 31.72%의 효율을 기록했다. 공인 인증 효율도 31.36%로, 대기 중 제조 탠덤 전지 가운데 세계 최고 수준이다.

보호 포장 없이 85도 고온에 600시간 노출한 뒤에도 초기 성능의 92% 이상을 유지했고, 모의 태양광 1000시간 연속 조사 후에도 90% 이상의 효율을 보였다. 7×7㎠ 대면적 기판에서도 균일한 박막이 형성됐으며 블레이드 코팅·슬롯다이 코팅 등 산업용 공정 적용 가능성도 확인됐다.

태양전지는 정부 'K-문샷 프로젝트' 12대 국가 미션 가운데 하나로, 이번 연구도 같은 맥락에 있다. 석상일 교수는 "이번 연구는 수분이 있는 일반 대기 중에서도 균일한 계면 박막과 높은 재현성을 확보할 수 있음을 보인 만큼, 대면적 제조 공정으로 확장하는 데 필요한 기술적 기반이 될 것"이라고 말했다.

연구에는 김귀수·노영임 UNIST 연구원과 아디 프라세티오(Adi Prasetio) KAUST 연구원이 공동 제1저자로, 홍콩중문대 선전캠퍼스·독일 율리히 연구소 연구진도 참여했다. 현대자동차, 한국연구재단(NRF), 한국에너지기술평가원(KETEP) 등이 지원했다.