화합물 소재-페로브스카이트 적층…태양전지 유연‧효율성 잡았다
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화합물 소재-페로브스카이트 적층…태양전지 유연‧효율성 잡았다
  • 최경주 기자
  • 승인 2020.01.19 21:05
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갈륨비소 화합물-페로브스카이트 복층 ‘탠덤 태양전지’ 개발
실리콘 전지보다 유연…기존 갈륨비소 태양전지比 효율 15%↑
페로브스카이트-갈륨·비소 탠덤 구조 태양전지 모식도. 한국연구재단 제공
페로브스카이트-갈륨·비소 탠덤 구조 태양전지 모식도. 한국연구재단 제공

유연한 화합물 소재와 페로브스카이트를 적층해 태양전지의 유연성과 효율을 높일 수 있는 기술이 개발됐다.

한국연구재단(이사장 노정혜)은 한양대 박희준 교수, 아주대 이재진 교수 연구팀이 ‘갈륨비소(GaAs)’ 화합물 위에 페로브스카이트를 적층한 복층구조 ‘탠덤 태양전지’를 구현했다고 19일 밝혔다. 탠덤(tandem) 태양전지는 두 종류 이상의 소재를 겹쳐 만든 태양전지다.

페로브스카이트 태양전지는 값싼 무기물과 유기물을 혼합해 만들기 때문에 저렴하고 저온에서 용액 공정으로 손쉽게 제조할 수 있어 실리콘 태양전지의 뒤를 이을 차세대 태양전지 후보로 손꼽힌다.

두껍고 딱딱한 실리콘 반도체와 달리 화합물 기반 태양전지는 경량화‧유연화에 유리하다. 때문에 자동차, 무인비행기, 웨어러블 기기 및 IoT 센서 등의 동력원으로 주목받지만 제작에 많은 비용이 들어 상용화에 한계가 있었다. 기존에도 단파장 빛을 흡수하는 인듐-갈륨-인(InGaP) 태양전지를 갈륨-비소 화합물 태양전지 위에 적층해 효율을 높이려는 시도는 있었지만 고비용과 복잡한 구조 때문에 오히려 발전단가가 높아졌다.

연구팀은 저온 용액공정으로 손쉽게 제작할 수 있는 가성비 좋은 페로브스카이트 박막을 적층하는 방식으로 화합물 반도체 태양전지의 효용가치를 높이는 구조를 설계했다.

연구팀이 구현한 복층구조의 태양전지를 적용한 결과, 기존의 갈륨비소 화합물 기반 태양전지보다 15% 이상 높은 성능을 보였다.

이번 연구 성과는 지난해 12월 19일 국제학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼스(Advanced Energy Materials)’에 게재됐다.


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