범용 원소를 기반으로 저렴한 박막태양전지를 개발했다. 허재영 교수(전남대학교) 연구팀이 저비용 주석 황화물을 기반으로 태양광 흡수층 형상 제어 기술을 개발하여, 장시간 안정적인 박막태양전지를 제작했다고 밝혔다.

전남대학교 허재영 교수

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

현재 상용되고 있는 박막태양전지는 높은 에너지변환 효율을 가지고 있으나, 매장량이 적은 인듐과 갈륨을 사용하고 있어 제작비가 높다는 한계를 지니고 있다.

연구팀은 단순하고 대량생산에 적합한 기상증착법을 이용하여 주석 황화물의 형상제어 기술을 확보하고, 이를 박막태양 전지에 적용했다. 연구팀은 주석 황화물 흡수층 형성에서 반응속도를 제어함으로써 기존에 알려진 판상 형태의 모폴로지가 아닌 고밀도의 정육면체 형태의 모폴로지형성이 가능하다는 것을 실험적으로 제시하였다. 연구결과를 토대로 제작된 박막 태양전지는 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.

기상증착법을 활용한 주석 황화물 형성 시 반응 압력 조절을 통해 기상의 주석 황화물 확산 거리를 최소화 할 수 있고 이를 통해 정육면체 형태의 준안정적 모폴로지 형성이 가능함을 알 수 있으며 최종적으로 박막태양전지 제조 시 최고 변환 효율을 얻을 수 있다 (좌: 판상구조를 갖는 일반적인 주석 황화물 모폴로지, 중: 정육면체 형태의 최적 모폴로지를 갖는 주석 황화물, 우: 박막태양전지 효율 측정 비교 결과).

서울경제 파퓰러사이언스 편집부 / 정승호 기자 saint096@naver.com