에너지전환효율 29.52% 기록...대량생산 '채비'
이종소재를 결합시켜 에너지 전환효율을 40% 이상 끌어올릴 수 있는 태양전지가 양산을 앞두고 있다. 저렴한 비용으로 더 많은 전기를 생산할 수 있는 태양열 발전이 가능해졌다.
옥스포드PV 연구진은 실리콘과 페로브스카이트를 결합한 신소재로 태양전지를 만들면 발전효율이 훨씬 증가한다는 사실을 연구실험을 통해 확인했다. 그동안 태양전지의 에너지 전환효율은 26%가 한계로 여겨졌다. 그러나 연구진이 개발한 실리콘과 페로브스카이트의 결합소재로 만든 태양전지는 에너지 전환효율이 29.52%를 기록했고, 앞으로 이를 40% 이상 끌어올릴 수 있을 것으로 내다봤다.
페로브스카이트(Perovskite)는 차세대 태양전지 소재로 주목받는 광물질이다. 태양전지용 실리콘은 고온의 복잡한 공정을 거쳐 만들어낼 수 있지만, 페로브스카이트 소재의 태양전지는 상온에서 간단한 공정으로 제작할 수 있어 제작단가가 낮다. 그런데 페로브스카이트로 만든 태양전지는 내구성이 떨어져 상용화가 어려웠다는 게 문제였다.
이에 연구진은 페로브스카이트에 실리콘을 결합해 페로브스카이트의 단점을 보완했다. 이처럼 이종 소재를 결합해서 만든 태양전지는 '탠덤(2인용 자전거) 태양전지'로 불린다. 세계적으로 탠덤 태양전지 개발에 대한 연구는 활발히 진행되고 있지만, 이번처럼 에너지 전환효율을 29.52%까지 기록한 것은 처음이다.
연구진이 개발한 탠덤 태양전지는 독일 브란덴부르크 공장에서 대량생산을 앞두고 있다. 전문가들은 이 탠덤 태양전지는 실리콘 생산과정에서 발생하는 탄소배출량도 크게 줄일 것으로 내다봤다. 또 기술 상용화 및 확장성도 뚜렷해 기후변화 대처에 필요한 태양에너지 공급량을 충족시킬 수 있을 것으로 분석했다.
논문저자 가운데 1명인 로라 미란다 페레즈는 "페로브스카이트와 실리콘은 탠덤 시스템에 있어 완벽한 파트너"라며 "페로브스카이트-실리콘 탠덤 기술의 엄청난 잠재력을 이용해 태양광 설비의 효율성을 높이고 지속가능한 에너지를 제공하도록 돕고 싶다"고 밝혔다.
해당 연구논문은 17일(현지시간) 미국물리학협회(AIP) 응용물리학논문에 게재됐다.
한편 국내에서도 관련 연구가 활발히 진행되고 있다. 지난해 10월 울산과학기술원(UNIST)은 실리콘과 페로브스카이트를 결합해 만든 태양전지로 에너지 전환효율 24.82% 기록한데 이어, 올 4월에는 한국에너지기술연구원(KIER)과 공동연구를 통해 에너지 전환효율을 25.2%까지 끌어올린 바 있다.
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