탠덤 태양전지 수명 늘리고 성능 올렸다

UNIST 최경진 교수팀, 다기능성 필름 개발
자외선 차단해 페로브스카이트 열화 방지
전력변환효율도 22.48%서 23.50%로 향상

UNIST 김찬울 연구원(오른쪽)과 노영임 연구원이 탠덤 태양전지의 성능향상 방안에 대해 얘기하고 있다. UNIST 제공

[파이낸셜뉴스] 울산과학기술원(UNIST) 신소재공학과 최경진 교수팀은 탠덤태양전지의 수명과 효율을 동시에 잡을 수 있는 다기능성 반사 방지 필름을 개발했다.

탠덤 태양전지는 실리콘 태양전지와 페로브스카이트 태양전지를 결합한 것이다. 연구진은 여기에 이 필름을 맨 위에 올려 전력변환 효율을 22.48%에서 23.50%로 끌어 올렸다. 또한 기존에는 5시간 밖에 못 버티던 태양전지를 120시간까지 성능을 유지시켰다.

최경진 교수는 17일 "자외선도 차단할 수 있어 탠덤 전지 상용화 뿐만아니라, 자외선에 약한 유기 태양전지, 유기물 다이오드와 같은 분야에도 응용할 수 있을 것"이라고 말했다.

연구진에 따르면, 이 다기능성 반사 방지 필름은 자연 태양광에서 포함된 자외선을 차단해 페로브스카이트 태양전지의 수명을 늘린다. 또 태양전지가 전기를 만드는데 필요한 가시광선의 흡수를 늘려 광전효율이 올라간다.

연구진은 자외선 차단과 가시광선 흡수를 위해 고분자 필름에 형광체 입자와 실리카 입자를 첨가했다. 고분자필름은 태양빛의 반사를 줄이기 위해 실리콘 태양전지와 비슷하게 표면에 피라미드 모양의 질감을 갖고 있다.

탠덤 태양전지 위에 씌우는 다기능성 반사 방지 필름이 자외선을 흡수해 초록색으로 변했다. 이 필름은 태양전지 미관도 개선할 수 있다. UNIST 제공

여기에 첨가된 형광체는 자외선을 흡수한 뒤 녹색 가시광선으로 변환시키는 역할을 한다. 이를 통해 페로브스카이트가 망가지는 자외선을 차단한다. 이와동시에 녹색 파장대의 빛 흡수를 늘려 탠덤 태양전지의 전기생산 효율을 향상시킬 수 있었다. 이와함께 미세한 구슬모양의 실리카 나노 분말을 첨가해 빛이 산란하는 것을 막았다.

연구진은 다기능성 반사 방지 필름을 탠덤 태양전지에 붙여 테스트했다. 기존 반사 방지 필름을 쓴 탠덤 태양전지의 효율은 5시간 후 초기 효율의 90%로 수준으로 떨어지다가 20시간 후에는 50% 수준으로 급격하게 줄었다. 반면 연구진이 개발한 필름을 쓴 경우 120시간이 지나도 초기 효율의 91% 이상을 유지했다.

또 초기 효율 자체도 기존 대비 약 4.5% 증가했다.

한편, 이번 연구는 미국 피츠버그대 이중건 교수팀과 함께했으며, UNIST 김찬울 신소재공학부 박사후연구원과 피츠버그대 이성하 기계·재료공학부 박사후연구원이 제1저자로 참여했다.

또한 이번 연구결과는 기능성 소재분야의 세계적 학술지인 '어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)'에 6월 24일 온라인 공개돼 정식 출판을 앞두고 있다.

[e-mail] 김만기 기자