[한국기술뉴스] 중앙대학교 강동원 에너지시스템공학부 교수와 윤새몬 스마트시티학과 박사과정 학생 연구팀이 차세대 태양전지 소재로 주목받는 페로브스카이트를 활용해 세계 최고 수준의 성능을 갖는 반투과형 태양전지를 개발하는데 성공했다.

기존 태양전지들은 불투명한 특성 때문에 실외 옥상이나 캐노피 등에 설치돼 왔다. 일정 빛이 투과되는 성질을 활용해 유리창에 설치가 가능한 반투명 태양전지는 심미성을 높일 수 있다는 장점이 있지만, 태양전지의 광전변환효율이 감소하는 문제가 존재했다. 

강동원 교수 연구팀은 반투명 태양전지의 전극으로 활용돼 온 인듐-주석 산화물(ITO)보다 투과율과 전기적 특성이 뛰어난 갈륨-티타늄이 도핑된 산화 인듐(IO:GT)을 페로브스카이트 태양전지의 전극으로 도입해 광전변환효율과 투과율을 향상시키는 데 성공했다. 

또한, 전극 최적화로 일함수차이가 감소되며 쇼트키장벽의 생성을 억제하고, 태양전지의 효율을 감소시키는 저항 성분을 완화하는 성과도 거뒀다. 강 교수 연구팀은 전기적 분석을 통해 이러한 매카니즘을 밝혀낼 수 있었다. 

주목할 부분은 이번에 개발한 반투과형 태양전지가 현재까지 보고된 반투명 태양전지들 가운데 세계 최고 수준의 결과물이라는 점이다. IO:GT가 적용된 반투명 페로브스카이트 태양전지는 가시광 대역에서 약 22%의 투과율을 제공하면서 17.9%의 고효율을 달성했다. 

이처럼 높은 수준을 자랑하는 반투과형 태양전지는 친환경 에너지원을 기반으로 한 탄소중립 구현 가능성을 크게 높였다는 평을 받는다. 도심 건물이나 자동차 유리, IoT 기기 등 생활밀착형 응용 분야로의 태양전지 적용 시기를 앞당길 수 있다는 점에서다. 

이번 연구성과는 강동원 교수 연구팀과 김한기 성균관대 교수 연구팀이 공동으로 발표했다. 인용 지수 18.81을 기록한 재료 분야 저명 학술지 ‘Advanced Functional Materials’에 4월 9일자로 온라인 게재된 Highly Efficient and Reliable Semitransparent Perovskite Solar Cells via Top Electrode Engineering 논문을 통해 상세 연구 내용을 확인할 수 있다.