반도체 물질이 들어간 용액을 바르고 오븐에서 굽는 것으로 고효율 박막태양전지를 제조할 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.
한국과학기술연구원(KIST) 청청에너지연구센터 민병권 박사팀은 용액 프린팅 방법과 같은 저가형 공정을 이용해 고전압을 낼 수 있는 박막태양전지 기술을 개발했다고 27일 밝혔다.
태양전지를 만드는 데 있어 용액을 통한 페이스트 코팅 제조 공정은 박막태양전지의 제조 비용을 획기적으로 줄일 수 있는 핵심 기술로 알려져 왔다. 기존 태양전지 제조 방식인 진공 증착법 공정에서 사용되는 고가의 진공장비가 필요없고, 인듐과 같은 고가 원료의 손실이 적은데다 매우 빠른 공정 속도를 구현할 수 있기 때문이다.
하지만 지금껏 셀레늄(Se)을 이용한 페이스트 코팅 방식은 비용은 저렴하되, 반도체 물질의 간격을 적정하게 유지시킬 수 없어 고전압을 발생시키기 어렵다는 단점이 있었다.
민병권 박사팀은 기존에 사용하던 셀레늄 대신 황(S)으로 이루어진 CIGS(구리-인듐-갈륨-황 화합물) 박막 특수 용액을 기판에 바르는 페이스트 코팅법을 개발해 띠간격 1.5eV 이상을 갖는 박막 구현에 성공했다.
또 이를 적용한 태양전지 소자를 제작해 태양광-전기 변환 효율 8.3%, 개방전압 787mV 의 결과를 얻었다.
이는 현재까지 보고된 저가형 고전압 CIGS 박막태양전지 중 세계 최고 효율이다. 또 독성이 강하고 폭발성이 큰 용매를 사용하거나, 글러브 박스(glove box)와 같은 제한된 공간에서만 실험이 가능했던 페이스트 코팅 공정을 알코올과 같은 비교적 안전한 용매를 이용하여 일반 공기중에서 구현이 가능하도록 개선해 적용시켰다.
페이스트 제조와 코팅 과정이 일반 대기 중에서 이루어질 수 있게 되면 태양전지의 대면적화 및 대량 생산에 유리하고 고전압이 요구되는 태양광-물분해 수소 제조의 광전극 기술에도 적용할 수 있다.
민병권 박사는 "이번에 개발된 박막태양전지 제조 기술은 저렴한 비용으로 대량생산이 가능하기 때문에 발전용뿐 아니라 건물용 태양전지로도 적용이 가능하고 유연성 기판에도 적용할 수 있는 등 다양하게 응용 가능하다"며 "또 태양광을 이용하여 물을 분해해 수소를 생산하는 기술에는 2V 이상의 전압이 필요한데 고전압을 낼 수 있는 이번 기술이 응용될 수 있을것"이라고 말했다.
jhpark@fnnews.com 박지현 기자
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