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


[문의]
서울대학교 재료공학부 박소정 연구원 / szpark@snu.ac.kr