다아라 매거진 _ 2018.02

기술뉴스

[Technical News]초저가 박막태양전지 공정기술 개발

친환경 범용원소 기반 태양광 흡수층 형성 기술 확보

[Technical News]초저가 박막태양전지 공정기술 개발 - 다아라매거진 기술뉴스
주석 황화물 흡수층의 모폴로지 조절 결과 비교 및 박막태양전지 효율 증대


국내 연구진이 범용 원소를 기반으로 저렴한 박막태양전지를 개발했다. 한국연구재단(이사장 조무제)은 허재영 교수(전남대학교) 연구팀이 저비용 주석 황화물을 기반으로 태양광 흡수층 형상 제어 기술을 개발해, 장시간 안정적인 박막태양전지를 제작했다고 밝혔다.

태양전지는 햇빛으로 전기를 생성하는 전지로서, 화석연료를 대체할 차세대 신재생에너지의 대표 주자이다. 그 중에서도 값싼 금속기판 위에 반도체 박막 형성을 통해 제조하는 박막태양전지는 가격 경쟁력이 뛰어나서 많은 주목을 받고 있다.

현재 상용되는 박막태양전지는 높은 에너지변환 효율을 가지고 있으나, 매장량이 적은 인듐과 갈륨을 사용하고 있어 제작비용이 높은 한계가 있다.

연구팀은 단순하고 대량생산에 적합한 기상증착법을 이용해 주석 황화물의 형상제어 기술을 확보하고, 이를 박막태양전지에 적용했다.

연구팀은 주석 황화물 흡수층 형성에서 반응속도를 제어함으로써 기존에 알려진 판상 형태의 모폴로지가 아닌 고밀도의 정육면체 형태의 모폴로지 형성이 가능하다는 것을 실험적으로 제시했다.

이를 통해 제작된 박막태양전지는 2.984%의 광변환 효율을 보였고, 6개월 이상의 장기간 공기 노출에도 초기 효율의 98.5%를 유지하는 우수한 대기 안정성을 나타냈다. 이는 카드뮴 황화물 버퍼층을 기반으로 하는 주석 황화물 박막태양전지 중 최고효율에 해당한다.

허재영 교수는 “이 연구는 기존의 복잡한 조성을 갖는 박막태양전지 흡수층 소재 제작의 어려움을 극복하고 단순 친환경 원소를 기반으로 하는 흡수층 소재 연구의 기반을 마련한 것”이라며, “화석연료를 대체할 정도로 경제성을 확보한 차세대 박막태양전지 개발을 앞당길 수 있을 것으로 기대한다”고 연구의 의의를 설명했다.

본 연구팀에서 얻은 효율 수치는 기존 미국 Harvard대학교/MIT 공동 연구진이 보유한 세계최고효율에는 미치지 못하나, 카드뮴 황화물 버퍼층을 기반으로 제작된 주석 황화물 박막태양전지로 한정할 경우 세계최고효율에 해당한다.

또한, 제조된 주석 황화물 박막태양전지의 경우 6개월 이후에도 최초 효율의 약 98.5%를 유지함을 확인했다. 이를 통해 본 연구팀에서 형성한 주석 황화물이 매우 우수한 대기 안정성을 가짐을 확인할 수 있다.

본 연구를 통해 얻은 형상 제어 기술은 입방 구조(cubic system) 이외의 결정 구조를 갖는 반도체 물질의 형상 제어에 적용 가능할 것으로 기대된다.

허 교수는 “최근 들어 초저가 원소를 기반으로 한 이원계 흡수층 물질에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다”며,
“본 연구를 통해 얻어낸 흡수층 모폴로지 조절 기술은 안티몬 셀레나이드(Sb2Se3) 등 다른 물질의 형상 제어에도 적용될 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

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