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  • 기사등록 2019-09-10 09:48:49
  • 수정 2019-09-10 09:49:13
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▲ 대구경북과학기술원(DGIST) 에너지융합연구부 강진규 박사 연구팀이 플렉시블 CZTS계 박막태양전지의 광전변환 세계최고 수준인 11.4%의 효율을 달성했다. 사진은 플렉시블 CZTS계 박막태양전지



[기계신문] 대구경북과학기술원(DGIST) 에너지융합연구부 강진규 박사 연구팀이 플렉시블 CZTS계 박막태양전지의 광전변환 세계최고 수준인 11.4%의 효율을 달성했다. 향후 미래 태양광 기술과 차세대 박막태양전지 산업 발전에 크게 기여할 것으로 기대된다.


플렉시블 CZTS계 박막태양전지는 플렉시블 기판기술을 기반으로 웨어러블, 건물, 자동차 등 실생활의 다양한 분야에 응용 가능하다. 또한 저가의 친환경 범용소재를 사용함으로 차세대 태양광 기술로 각광받고 있어 전 세계적으로 연구가 이뤄지고 있지만, 플렉시블 기판의 불순물 확산, 박리 등 기술적인 문제로 광전변환 효율이 10%를 넘지 못하는 실정이었다.


이번 연구에서는 11.4%의 세계최고 효율을 공인 받았다. 특히 이번 성과가 주목받는 이유는 저비용·친환경 소재인 청동(Cu-Sn)과 황동(Cu-Zn)을 이용하기 때문에 고가인 인듐이나 중금속재료인 납, 카드뮴을 이용하는 기존의 박막 태양전지(CIGS, CdTe, 페로브스카이트)에 비해 대량 생산에 훨씬 유리하다.



▲ CZTS계 태양전지의 기존방식인 3층 구조(좌)와 새로 개발한 다층구조(우) 비교 모식도



또 다른 연구 성과 중 하나는 기존의 3층 구조 CZTS계 박막태양전지 전구체를 다층 구조로 바꿔 전압 특성 및 균일도를 개선해 효율을 향상시킨 점이다. 또한 일반적으로 박막태양전지에 대면적 공정(Large-area process)이 적용될 경우 균일도가 떨어지는 문제가 발생하는데, 이번 연구의 공정기술은 효율 개선뿐 아니라 균일도 면에서도 개선된 성과를 보였다.


이번 공정기술 개발을 주도한 양기정 박사는 “이번 연구 성과는 상용화 단계에서 이슈가 될 수 있는 대면적 공정의 균일도 확보 방안을 제시했다는 것”이라며 “건물 외벽 적용 등 다양한 분야에서 활용 가능한 차세대 태양전지의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.



▲ CZTS계 태양전지의 기존방식인 3층 구조(좌)와 새로 개발한 다층구조(우)의 효율 균일도 차이 모식도



연구의 과제책임자인 강진규 책임연구원은 “환경에 대한 관심이 높아지고 자원이 무기처럼 사용되는 지금, 범용·친환경 소재를 활용한 박막태양전지 분야에서 성과를 낸 것은 의미가 크다”며 “앞으로도 범용소재를 활용하는 미래 태양광 소재 기술을 선도하고, 더 나아가 박막태양전지 산업 발전에 이바지하고자 한다”고 전했다.


한편, 이번 연구는 산업통상자원부 산하 한국에너지기술평가원의 지원으로 ‘범용무독성 광흡수층 기반 플렉시블 무기 박막태양전지개발’ 과제로 수행 중이며, 해당 성과를 바탕으로 박막태양전지 연구센터를 설립할 예정이다. 관련 전구체 설계 기술은 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 7월 4일자 게재됐다.



▲ DGIST에너지융합연구부 강진규 책임연구원(가운데)와 연구진들


오상미 기자 osm@mtnews.net

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