DGIST, 플렉시블 CZTS계 박막태양전지 세계 최고 효율 달성

대구경북과학기술원(DGIST·총장 국양) 에너지융합연구부 강진규 박사 연구팀이 플렉시블 CZTS계 박막태양전지의 광전변환 세계최고 수준인 11.4%의 효율을 달성했다. 이번 연구를 통해 향후 미래 태양광 기술과 차세대 박막태양전지 산업 발전에 큰 기여를 할 것으로 기대된다.

플렉시블 CZTS계 박막태양전지는 플렉시블 기판기술을 기반으로 웨어러블, 건물, 자동차 등 실생활의 다양한 분야에 응용가능하다. 또한 저가의 친환경 범용소재를 사용하는 차세대 태양광 기술로서 전 세계적으로 연구가 이뤄지고 있지만 플렉시블 기판의 불순물 확산, 박리 등 기술적인 문제 때문에 광전변환 효율이 10%를 넘지 못하는 실정이었다.

이번 성과가 주목받는 이유는 저비용·친환경 소재인 청동(Cu-Sn)과 황동(Cu-Zn)을 이용하기 때문에 고가인 인듐이나 중금속재료인 납, 카드뮴을 이용하는 기존의 박막 태양전지(CIGS, CdTe, 페로브스카이트)에 비해 대량 생산에 훨씬 유리하다.

특히 연구의 큰 성과 중 하나는 기존의 3층 구조 CZTS계 박막태양전지 전구체를 다층 구조로 바꿔 전압 특성 및 균일도를 개선해 효율을 향상시킨 점이다. 또한 일반적으로 박막태양전지에 대면적 공정(Large-area process)이 적용될 경우 균일도가 떨어지는 문제가 발생하는데 본 연구의 공정기술은 효율 개선뿐 아니라 균일도 면에서도 개선된 성과를 보였다.

연구의 공정기술 개발을 주도한 양기정 박사는 "본 성과는 상용화 단계에서 이슈가 될 수 있는 대면적 공정의 균일도 확보 방안을 제시했다"며 "건물 외벽 적용 등 다양한 분야에서 활용 가능한 차세대 태양전지의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다"고 했다.

과제책임자인 강진규 책임연구원은 "환경에 대한 관심이 높아지고 자원이 무기처럼 사용되는 지금 범용·친환경 소재를 활용한 박막태양전지 분야에서 성과를 낸 것은 의미가 크다"며 "앞으로도 범용소재를 활용하는 미래 태양광 소재 기술을 선도하고, 더 나아가 박막태양전지 산업 발전에 이바지하고자 한다"고 밝혔다.