한국연구재단은 연세대학교 윤성수 박사 강달영 교수 연구팀이 저온 공정만으로 에너지 변환 효율이 높은 실리콘 유기물 하이브리드 태양전지를 개발했다고 밝혔다.

신재생에너지로 각광받는 태양전지 중에서도 현재 시장에서 주류를 차지한 것은 결정질 실리콘 태양전지이다. 이들은 높은 에너지 효율과 장기적인 안정성이 큰 장점이지만, 제조공정에서 고온과 진공을 이용하여 매우 복잡하고 비용이 많이 요구된다.

결정질 실리콘 태양전지를 보완하기 위해 실리콘 유기물 하이브리드 태양전지 연구가 활발히 진행되고 있다. 이는 고온과 진공이 필요하지 않은 단순한 공정으로, 경제적이다. 하지만 지금까지의 하이브리드 태양전지는 에너지 효율이 15% 수준에 정체되어 있다.

연구팀은 130℃ 이하의 낮은 온도에서 간단한 공정만을 이용하여 에너지 효율이 17%를 상회하는 세계적인 수준의 고효율 태양전지 개발에 성공했다.

에너지 효율을 높이기 위해서 실리콘 표면을 계층적 구조로 만들어 태양빛의 반사를 감소시켰고, 유기 고분자 물질의 두께를 제어하여 전기에너지 손실을 막아냈다. 또한 각 물질 간 계면에서의 재결합 손실을 줄이기 위하여 상온에서의 접촉인쇄 공정을 개발하였다.

접촉인쇄 공정은 잉크물질을 함유하고 있는 탄성체 스탬프를 기판에 단순히 접촉만 시켜 놓음으로써 잉크물질을 1 나노미터 이하의 두께로 프린팅하는 공정 기법이다.

강달영 교수는 “이 연구는 고가의 복잡한 공정을 전혀 적용하지 않고 저온에서 매우 간단한 공정만으로 실리콘-유기물 하이브리드 태양전지 효율을 끌어올린 것”이라며, “후속 연구를 통해 에너지 효율이 더 향상되고, 휘어지고 늘어나는 유연한 태양전지의 개발에 적용될 것으로 기대된다”라고 연구의 의의를 설명했다.

이 연구 성과는 교육부 한국연구재단 이공학개인기초연구지원사업(기본연구)의 지원으로 수행되었다. 에너지 분야 국제학술지 어드밴스드 에너지 머트리얼즈 12월 7일에 게재됐다.