서울공대 재료공학부 김진영 교수팀, 박막 탠덤 태양전지 광발전성능 신기록 달성
작성자
대외협력실
등록일
2025.07.11
조회수
77
서울공대 재료공학부 김진영 교수팀, 박막 탠덤 태양전지 광발전성능 신기록 달성
NREL 차트 공식 등재 쾌거…차세대 태양광 기술 주도권 확보 기대
▲ (좌측부터) 서울대학교 재료공학부 김진영 교수, 서울대학교 재료공학부 박소정 연구원, 한국과학기술연구원 정증현 박사, 한국과학기술연구원 최은평 연구원
국내 연구진이 페로브스카이트/CIGS(copper indium gallium selenide, 구리 인듐 갈륨 셀레늄) 탠덤 태양전지* 분야에서 광발전성능** 신기록을 달성하며 한국의 독보적인 기술력을 입증했다.
* 페로브스카이트/CIGS 탠덤 태양전지 : 서로 다른 광에너지를 흡수할 수 있는 두 종류의 얇은(박막) 태양전지를 2층으로 겹쳐 만든 태양전지로, 기존 단일 태양전지보다 훨씬 더 많은 전기를 만들 수 있어 차세대 태양전지로 주목받고 있음
** 광발전성능 : 빛을 전기로 바꾸는 효율
한국연구재단(이사장 홍원화)은 서울대학교 재료공학부 김진영 교수팀과 한국과학기술연구원(이하 KIST) 차세대태양전지연구센터 정증현 박사팀이 차세대 태양전지로 주목받는 페로브스카이트/CIGS 탠덤 태양전지의 에너지 손실을 줄일 수 있는 기술을 개발, 이 분야에서 26.3%의 광발전성능 신기록을 달성했다고 밝혔다.
2050년 탄소중립 목표를 위해 태양광 발전은 필수적이지만, 우리나라는 인구밀도가 높고 국토 면적이 협소해 대규모 태양광 발전소를 위한 부지 확보에 큰 어려움을 겪고 있다. 이러한 상황에서 페로브스카이트/CIGS 박막 탠덤 태양전지는 가볍고 잘 휘어지는 특성 덕분에 건물 외벽이나 창문, 자동차 지붕, 방음벽 등 다양한 곳에 스티커처럼 쉽게 붙일 수 있어 국토의 효율적 이용을 극대화할 훌륭한 대안으로 꼽히고 있다.
공동연구팀은 만들기 쉽고 비용이 저렴한 페로브스카이트 태양전지와 더 넓은 영역의 빛을 흡수하는 CIGS 태양전지를 결합하는 방법을 고안, 실리콘 기반 탠덤 태양전지와 대등한 수준의 고효율을 박막 형태로 구현할 수 있는 기술을 개발해 냈다.
먼저, 서울대 연구팀은 거친 표면의 CIGS 태양전지 위에 페로브스카이트 태양전지를 안정적으로 쌓아 올릴 수 있도록 특수 소재와 공정을 개발, 이를 통해 두 태양전지가 빈틈없이 완벽하게 붙어 최고의 성능을 낼 수 있도록 만들었다. KIST 연구팀은 두 태양전지를 연결하는 부분에서 에너지 손실이 거의 없도록 다리 역할을 하는 연결층을 최적화해 태양전지가 제 성능을 100% 발휘할 수 있도록 지원했다.
이를 통해 26.3%의 광발전성능 신기록을 달성했으며, 이는 이전 독일 연구소의 최고 기록(24.6%)을 1.7%나 뛰어넘는 쾌거이기도 하다. 이번 기록은 세계적인 태양전지 연구기관인 미국 국립재생에너지연구소(NREL)의 공식 효율 차트(NREL chart)에 올 4월에 처음으로 등재됐다.
이번 연구성과에 대해 정증현 박사는 “최고 수준의 효율을 달성하면서도, 기존 실리콘 기반 고효율 기술로는 적용이 어려웠던 건물, 자동차, 우주 항공 등 다양한 분야에 적용할 수 있는 박막 탠덤 기술의 잠재력을 증명했다”라고 평가했다.
그리고 김진영 교수는“이번 NREL 차트 등재를 계기로 페로브스카이트/CIGS 박막 탠덤 태양전지 기술의 주도권을 한국이 확보하고, 다소 더디게 성장해 온 해당 분야의 기술 개발을 더욱 가속화하는 전환점이 될 것”이라고 기대했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 단계도약형 탄소중립기술개발사업 및 기후변화대응 기술개발사업의 지원을 받아 수행되었다.
(그림1) NREL의 태양전지 최고효율 차트 (2025. 6.) https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency (This plot is courtesy of the National Renewable Energy Laboratory, Golden, CO.)
미국의 신재생에너지연구소에서 작성하는 태양전지별 세계 최고 효율을 보여주는 차트로, 서울대와 한국과학기술연구원의 공동연구로 Perovskite/CIGS 탠덤 태양전지 효율을 2025년 6월, 26.3%로 갱신하여 등재되었다.
(그림2) 그림 1의 NREL의 태양전지 최고효율 차트 (2025.6.) 중 최근 2005년 이후 등재 결과만을 포함하여 페로브스카이트/CIGS 탠덤 태양전지 기록을 확대한 수정 이미지. 서울대와 한국과학기술연구원의 공동연구 성과(26.3%)가 SNU/KIST로 명기돼 있다.
(그림3) 세계최고효율 페로브스카이트/CIGS 탠덤태양전지
(그림4) 세계 최고 효율 페로브스카이트/CIGS : (좌) 탠덤태양전지의 도식도 및 (우) 투과전자현미경 단면 사진
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서울대학교 재료공학부 박소정 연구원 / szpark@snu.ac.kr
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