스위스 로잔공대, 페로브스카이트-실리콘 태양전지 개발…30% 효율 장벽 돌파

페로브스카이트-실리콘 태양전지의 효율이 처음으로 30%를 넘어섰다. 이 기술은 저렴한 재료를 사용하여 태양전지의 효율을 향상시켰다는 점에서 의미가 있다.

13일(현지시간) 실리콘은 효율성, 내구성, 비용 및 제조 용이성의 이유로 오랫동안 태양전지 산업에서 주원료로 사용돼 왔다. 수십 년에 걸친 기술 발전으로 태양 전지의 효율이 지속적으로 증가했지만, 현재 개발된 전지의 효율은 이 물질의 이론적 한계인 29.4%에 근접하고 있어, 추가적인 기술 발달의 여지가 많이 남아 있지 않다.

페로브스카이트가 대안 재료로 급부상하고 있지만 실리콘을 대체하는 것은 아니다. 대신, 두 물질은 서로 다른 파장의 빛을 흡수하면서 잘 작동하는데, 실리콘은 적외선 계열의 빛에서 효율성이 뛰어나고, 페로브스카이트는 녹색과 청색 스펙트럼에서 최상의 성능을 발휘한다.

이것은 탠덤형 페로브스카이트-실리콘 태양전지가 단독 재료보다 더 높은 효율에 도달할 수 있는 잠재력을 가지고 있다는 것을 의미한다. 2018년 기록한 최대 효율은 25.2%였으며, 그 후 2020년에 27.7%, 그 후 29.15%로 향상된 바 있다. 2021년 또 한번 30%에 더 근접한 성능을 보이기도 했다.
스위스의 로잔연방공과대학교(EPFL)와 CSEM(컴퓨터 과학, 공학, 수학학교)의 연구자들은 두 가지 다른 설계를 사용하여 높은 효율을 가진 실리콘 페로브스카이트-실리콘 태양 전지를 개발했다.

첫 번째는 1㎠ 크기의 테스트 셀의 매끄러운 실리콘 표면에 증착된 페로브스카이트 층으로 구성된다. 이것은 30.93%의 효율을 나타냈다. 두 번째는 페로브스카이트를 질감 있는 실리콘 표면에 증착하는 하이브리드 증기 및 액상 용액 기술을 사용하여 1㎠ 태양 전지의 효율 31.25%에 도달할 수 있었다.

연구원들은 이 설계들이 얼마나 더 큰 표면적까지 확장될 수 있는지 조사하고 수명을 확인하기 위해 더 많은 연구가 필요하다고 입을 모았다.

EPFL의 크리스천 울프 수석 연구원은 "탠덤 페로브스카이트-온-실리콘 기술은 30%의 효율성 기준을 넘어설 가능성이 있다고 말해왔지만 실질적인 성과를 보인 것은 이번이 처음"이라며 "앞으로 더 경제적이고 지속 가능한 전력의 발판을 마련할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.


김진영 글로벌이코노믹 기자