GIST 연구팀, 고효율 하이브리드 태양전지 개발

국내 연구팀이 전압을 높이고 가시광선에서 적외선까지 넓은 대역의 빛을 흡수할 수 있는 고효율의 신규 하이브리드 태양전지 개발에 성공했다.
태양빛은 자외선(7%), 가시광선(44%), 적외선(48%) 등으로 구성돼있다. 현재 개발 중인 차세대 태양전지 중 가장 성능이 우수해 미래 에너지원으로 각광받는 것이 페로브스카이트 태양전지다. 성능이 가장 뛰어나지만 자외선, 적외선 등이 아닌 주로 가시광선만을 활용해 에너지를 만든다는 점에서 효율성 향성에 걸림돌이 됐다.
또다른 차세대 태양전지로는 유기태양전지가 있다. 저온 용액공정이 가능하며 가볍고 기계적인 유연성이 있다는 장점이 있지만 개방 전압이 낮고 전하 이동도가 낮아 성능을 높이는데 제약이 있었다.
전세계적으로 적외선 영역까지 흡광영역을 넓히려는 연구가 이어졌다. 새로운 물질들이 개발됐지만 오히려 기존 페로브스카이트 태양전지보다 효율이 떨어지는 문제가 나타났다.

광주과학기술원(GIST) 이광희 교수 연구팀은 이 문제를 해결할 수 있는 기물 광활성층과 유·무기 복합 페로브스카이트 광활성층이 하나의 소자 안에 결합된 고효율 신규 하이브리드 태양전지를 개발했다.
가시광선을 흡광할 수 있는 페로브스카이트 광활성층 위에 적외선을 흡광할 수 있는 유기 광활성층을 쌓아준 것이다. 이를 통해 가시광선부터 적외선 영역까지 넓은 흡광영역을 갖는 하이브리드 태양전지를 개발했다.
하이브리드 태양전지의 효율 손실을 최소화하기위해 유기 광활성층 내부에 높은 전하 이동도를 갖는 N형 고분자와 새로운 용매 첨가제를 함께 도입해 전하 생성 효율 및 이동 특성을 최적화했다. 그 결과 현재 학계에 보고된 하이브리드 태양전지 중 가장 높은 효율인 16.4%를 기록했다. 연구결과는 재료과학분야 세계적 권위지인 ‘어드밴스드 머터리얼즈 4월 27일자에 게재됐다.
이광희 교수는 미래사회 에너지난을 해결하기 위한 태양 에너지 기술을 한 단계 앞당길 것으로 기대된다”고 연구의의를 설명했다.
[이영욱 기자]