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[IT뉴스]UNIST, ‘꿈의 태양전지’ 대량생산 문턱 낮췄다…일반 대기 중 제조 가능

온카뱅크관리자

2026-06-11 13:47:29

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 수분·산소에 강한 3성분 코팅 물질 설계 성공 페로브스카이트·실리콘 탠덤 전지 효율 31.72% 차세대 태양광 상용화 기술적 기반 마련 
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 <img alt="일반 대기 제작 페로브스카이트·실리콘 탠덤 태양전지의 성능 및 안정성. 연구그림=UNIST" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202606/11/seouleconomy/20260611134450067srnp.png" data-org-width="1200" dmcf-mid="bb91suu5l2" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202606/11/seouleconomy/20260611134450067srnp.png" width="658">
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 일반 대기 제작 페로브스카이트·실리콘 탠덤 태양전지의 성능 및 안정성. 연구그림=UNIST
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 차세대 태양전지로 주목받는 ‘페로브스카이트·실리콘 탠덤 태양전지’의 대량생산과 상용화를 앞당길 수 있는 계면 코팅 물질이 개발됐다. 비싼 특수 설비 없이 일반 대기 환경에서도 31%가 넘는 초고효율 탠덤 전지를 안정적으로 생산할 수 있게 돼 전 세계 태양광 시장의 주도권 확보에 청신호가 켜졌다.
 울산과학기술원(UNIST)은 에너지화학공학과 석상일 특훈교수와 신소재공학과 최경진 교수 연구팀이 사우디아라비아 KAUST 연구팀과 공동으로 3성분 물질을 이용한 전지 계면 코팅 물질을 개발했다고 11일 밝혔다. 이번 연구 성과는 광학 분야의 세계적 학술지인 ‘네이처 포토닉스(Nature Photonics)’에 지난 6월 1일 자로 공개됐다.
 페로브스카이트·실리콘 탠덤 태양전지는 단일 실리콘 전지의 효율 한계를 극복하기 위해 두 전지를 위아래로 쌓은 초고효율 소자다. 상부의 페로브스카이트가 단파장의 빛을, 하부의 실리콘이 장파장의 빛을 나누어 흡수해 ‘꿈의 태양전지’로 불린다.
 그동안 고효율 탠덤 전지를 만들기 위해서는 전하를 전달하는 핵심 층인 ‘자기조립단분자막(SAM)’을 고르게 코팅해야 했다. 하지만 SAM은 공기 중 수분에 매우 취약해 전극 표면에 불균일하게 붙거나 후속 공정에서 쉽게 떨어져 나가는 고질적인 문제가 있었다. 이 때문에 수분과 산소를 완전히 차단한 고가의 특수 설비(글로브박스) 안에서만 제조가 가능해 대면적화와 생산 비용 절감에 큰 걸림돌이 돼왔다.
 연구팀은 기존 SAM 물질(Me-4PACz)에 고화·가교 역할을 하는 ‘GDMA’와 결합 패시베이션용 물질인 ‘AG’를 결합한 3성분 물질(TSN)을 설계해 이 문제를 완벽히 해결했다. GDMA는 온화한 열처리 과정을 통해 분자들을 기판에 단단히 고정해 씻겨 나가는 것을 막고, AG는 계면의 납 이온 결함을 효과적으로 줄여 전기 입자(전하)의 소실을 차단한다.
 이 신물질을 적용한 탠덤 태양전지는 습도가 존재하는 일반 대기 조건에서 제조되었음에도 불구하고 31.72%(공인 인증 효율 31.36%)의 초고효율을 달성했다. 이는 전 세계적으로 대기 중에서 만들어진 탠덤 태양전지 중 가장 높은 효율이다. 아울러 질소 분위기의 특수 공정에서는 무려 32.60%의 압도적인 효율을 나타냈다.
 상용화의 필수 조건인 내구성도 크게 향상됐다. 별도의 보호 포장 없이 85도의 고온 대기 환경에 600시간 동안 방치한 후에도 초기 성능의 92% 이상을 유지했으며, 실제 태양광과 유사한 강한 빛을 1000시간 연속으로 쬐어도 90% 이상의 고효율을 지켜냈다. 또한, 7×7㎠의 대면적 기판에서도 박막이 균일하게 형성되어 불량률을 획기적으로 낮추는 등 공정 재현성을 입증했다.
 최경진 교수는 “정부의 ‘K-문샷 프로젝트’ 목표인 ‘초격차 초고효율 다중접합 태양전지’ 개발과 궤를 같이하는 연구”라며 “차세대 태양광 상용화에 크게 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.
 석상일 교수는 “고효율 탠덤 태양전지를 상용화하려면 성능뿐 아니라 실제 공정에서의 재현성과 생산 비용까지 함께 해결해야 한다”며 “이번 연구는 수분이 있는 일반 대기 중에서도 균일한 계면 박막과 높은 재현성을 확보할 수 있음을 보인 만큼, 대면적 제조 공정으로 확장하는 데 필요한 기술적 기반이 될 것”이라고 말했다.
 한편, 이번 연구는 현대자동차, 과학기술정보통신부 한국연구재단(NRF), 기후에너지환경부 한국에너지기술평가원(KETEP) 등의 전폭적인 지원을 받아 수행됐다. UNIST의 김귀수 연구원, KAUST의 아디 프라세티오(Adi Prasetio) 연구원, UNIST의 노영임 연구원이 공동 제1저자로 참여했으며, UNIST 석상일 특훈교수, 최경진 교수, KAUST 스테판 드 울프(Stefaan De Wolf) 교수가 공동 교신저자로 참여했다. 홍콩중문대 선전캠퍼스, 독일 율리히 연구소 연구진도 함께 참여했다.
 울산=장지승 기자 jjs@sedaily.com
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