유ㆍ무기물이 복합된 반도체 염료로 매우 얇은(백만분의 1미터 이하) 산화물전극을 이용해 광전변환 효율을 극대화한(10%에 가까운, 기존 2배 이상) 태양전지가 국내 연구진에 의해 개발됐다.

이에 따라, 향후 효율은 높으면서 가격은 저렴한 차세대 박막 태양전지개발 기반을 마련하게 됐다.

성균관대 박남규 교수(52세)가 주도하고 김희선 학생(제1저자)과 스위스 로잔공대 마이클 그랏첼 교수 등이 참여한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 중견연구자(도약연구) 및 글로벌박사펠로우십사업의 지원으로 수행되었고, 세계 최고 과학전문지 ‘네이처’의 자매지인 ‘Nature Scientific Reports’최신호(8월 21일자)에 게재되었다. (논문명: Lead Iodide Perovskite Sensitized All-Solid-State Submicron Thin Film Mesoscopic Solar Cell with Efficiency Exceeding 9%)

마이클 그랏첼(Michael Gratzel) 교수는 세계 최초로 염료감응형 태양전지(DSSC)를 개발한 연구자.

무한한 태양빛을 전기에너지로 바꾸는 태양전지는 화석연료를 대체할 수 있는 차세대 그린에너지로서, 최근 전 세계적으로 값싸면서도 효율 높은 차세대 박막 태양전지 개발에 박차를 가하고 있다.

그러나 지금까지 알려진 염료감응형 태양전지는 빛 흡수율이 낮아 초박막화가 어려워 효율을 높이는데 한계가 있었다.

이를 해결하고자 최근 빛을 잘 흡수하는 반도체 양자점을 이용해 효율 높은 박막 태양전지를 개발하려고 시도하고 있지만, 지금까지 최대 5~6%의 효율로, 상용화를 위해선 여전히 부족한 실정이다.

박남규 교수 연구팀은 매우 작은(수 나노미터) 반도체(유무기하이브리드반도체) 염료를 매우 얇은(0.6마이크로미터) 이산화티타늄 필름에 흡착해, 표준 태양광조건에서 세계 최고 효율(9.7%)의 박막 태양전지를 개발했다.

박 교수팀이 개발한 양자점 감응 박막 태양전지는 페로브스카이트 염료를 스핀 코팅하여 매우 빠른 시간(1분 이내) 내에 흡착할 수 있어, 장시간(12시간 이상)이 소요되는 유기염료에 비해 공정 시간이 단축되고, 높은 온도에서도 잘 견뎌 열 안정성도 보장된다.

또한 페로브스카이트 염료를 이용한 박막 태양전지는 따로 보호막을 사용할 필요가 없어, 500시간 이상 대기 중에 노출되어도 효율이 일정하게 유지되는 등 장기 안정성에서도 탁월하다.