DGIST, 박막태양전지 기공결함 원인 찾아 발전효율 높였다

친환경 범용 소재 박막태양전지 기공 형성 원인 규명·억제 기술 개발

사진은 왼쪽부터 DGIST 박막태양전지연구센터 강진규·김대환 책임연구원, 김승현 연구원, 경남대 김세윤 교수. *재판매 및 DB 금지

[대구=뉴시스] 나호용 기자 = DGIST(대구경북과학기술원) 박막태양전지연구센터는 경남대 신소재공학과 김세윤 교수 연구팀과 함께 친환경 범용 소재 박막태양전지인 CZTS 박막태양전지의 문제점인 기공 형성 원인을 규명하고 이를 억제하는 기술을 개발했다고 12일 밝혔다.

태양의 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 전기를 발생하는 태양전지는 지속가능한 신재생 에너지로 실생활에서도 쉽게 찾아볼 수 있다. 그중에서도 CZTS 박막은 값이 싸고 독성이 거의 없는 구리, 주석, 아연을 주요 소재로 사용하기 때문에 대량생산이 용이하다.

또 휘어지는 성질을 가지고 있어 여러 분야에 적용 가능하다. 지난 2019년, DGIST 박막태양전지연구센터에서 12.6%라는 세계 최고의 발전전환 효율을 기록한 태양전지를 개발하기도 했으나, 아직 하부 전극 부근에서의 다양한 크기의 구멍이 생기는 등(기공 결함) 여러 결함에 대한 해결책이 필요한 실정이다.

이에 DGIST 박막태양전지연구센터와 경남대 김세윤 연구팀은 CZTS 박막태양전지의 문제점인 흡수층 하부에 존재하는 기공의 형성 원인을 규명했다. 비교적 간단한 원리로 기공 결함을 제어할 수 있는 기술을 개발하여 더 큰 의의를 갖는다.

CZTS 흡수층은 구리, 아연, 주석을 임의의 순서로 코팅한 후, 고온에서 황 및 셀레늄과 반응해 제작한다. 이 때 아연을 제일 먼저 코팅할 경우 큰 크기의 기공은 형성되지 않음을 확인했다. 이는 기공 형성을 억제할 수 있는 원천 기술로서, CZTS계 박막태양전지의 발전 효율을 더욱 높일 수 있을 것으로 기대된다.

DGIST 김대환 책임연구원은 “이번 연구의 핵심성과는 일반적인 모델과는 다른 새로운 기공 형성 억제 모델을 제시한 것과 간단한 방법을 통해 기공 결함 형성을 억제할 수 있는 기술을 개발한 것을 들 수 있다”고 했다.

경남대 김세윤 교수는 “이 연구에서 금속 박막의 증착 순서를 변경해 초기 반응 시의 미세 구조 변화를 유도했고, 이를 통해 기공 형성을 억제할 수 있었다”며 “추가로 크기가 다른 두 종류의 기공을 한번에 해결하는 공정 기술을 확보하기 위해 노력하겠다”고 했다.

이번 연구는 경남대 김세윤 교수와 DGIST 박막태양전지연구센터 김승현 연구원이 제1저자, 이 센터 김대환·강진규 책임연구원이 교신저자로 참여했다.

연구결과는 재료 분야의 저명 학술지인 에이씨에스 어플라이드 머트리얼 앤 인터페이스(ACS Applied Materials and Interface, IF 9.29)에 지난 6월 16일 온라인에 게재됐고, 동시에 표지 논문으로 선정됐다.


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