고효율 페로브스카이트 태양전지 모듈 개발

이광희 교수팀, 유효 면적 94.1%, 모듈 효율 14.0% 달성

금속 필라멘트 나노전극의 형성 모식도 = 페로브스카이트 모듈의 직렬연결 부위에 전기장을 가하여 금속 이온을 상부전극부터 하부전극까지 확산시켜서 금속 필라멘트 나노전극을 형성한다. ⓒ한국연구재단

광주과학기술원 이광희 교수 연구팀이 전기화학적 패턴 방식을 이용해 페로브스카이트 태양전지의 모듈 효율을 높이는 모듈 구조를 개발했다.

페로브스카이트 태양전지는 용액 공정이 가능하고 소자의 에너지 전환 효율(2018년 기준 22.7%)이 높아 미래 에너지원으로 주목받고 있지만 페로브스카이트 태양전지 상용화를 위해서는 정밀한 패턴 공정으로 유효 면적을 극대화해 고효율의 대면적 모듈을 제작하는 기술이 필요하다.

연구팀은 유·무기 복합 페로브스카이트가 이온 전도성이 있다는 것을 확인하고, 직렬연결 부위에 금속 나노 전극을 형성함으로써 새로운 모듈을 구현하는 데 성공했다.

연구팀이 개발한 페로브스카이트 태양전지 모듈은 유효 면적 94.1%, 모듈 효율 14.0%를 달성했다.

금속 나노 전극을 이용하면 모듈 연결 시 발생하는 단위 셀의 비활성 영역 길이를 600µm(마이크로미터) 수준까지 감소시켰다.

이로 인해 단위 셀 길이 1cm의 페로브스카이트 태양전지 모듈 제작 시 유효 면적을 94.1% 수준까지 넓힐 수 있었다.

이광희 교수는 “이 연구는 현재 페로브스카이트의 낮은 모듈 효율을 개선할 수 있는 새로운 모듈 구조를 개발한 것”이라며 “앞으로 화석연료 자원을 대체하는 차세대 태양전지 상용화와 산업화를 한 단계 앞당긴 것으로 평가할 수 있다”라고 연구 의의를 설명했다.

이 연구 결과는 국제학술지 사이언스(Science)의 자매지인 사이언스 어드밴스즈(Science Advances)에 8월 17일자 논문으로 게재되었다.