수명 단축하는 자외선은 막고 가시광선 흡수늘려
슈퍼 태양전지로 불리는 '탠덤 태양전지'의 수명과 효율을 동시에 높일 수 있는 '다기능성 반사 방지 필름'이 개발됐다.
울산과학기술원(UNIST) 최경진 교수팀은 미 피츠버그대 이중건 교수팀과 함께 자외선을 차단하고 가시광선 흡수를 늘릴 수 있는 '다기능성 반사 방지 필름'을 개발했다. '탠덤 태양전지'는 기존 실리콘 태양전지 위에 페로브스카이트 태양전지를 올려놓는 방식으로, 효율성이 높고, 만들기 쉬운데다 가격경쟁력까지 갖춰 차세대 태양전지로 주목받고 있다.
그러나 '탠덤 태양전지' 상단에 노출된 페로브스카이트는 자외선에 약해 수명이 짧다는 단점이 있다. 또 기존 실리콘 태양전지는 표면에 미세한 요철을 만들어 빛 반사를 줄였는데, 탠덤 태양전지는 실리콘 태양전지 위에 액체 페로브스카이트 원료를 올려 만드는 제조공정 특성상 실리콘 전지 표면을 매끈하게 두어야 한다.
연구팀은 '탠덤 태양전지'의 이같은 단점을 보완하기 위해 유해 자외선을 차단하고, 유효 파장대역인 가시광선 흡수를 늘릴 수 있는 필름을 개발했다.
연구팀이 개발한 다기능성 필름은 탠덤전지 맨 위에 올려 쓸 수 있는 형태다. 자외선을 막는 형광체 입자와 가시광선을 흡수하는 실리카 입자가 함께 들어있다. 형광체 입자는 자신이 흡수한 자외선을 다시 가시광선으로 전환하는 역할도 하기 때문에 전지 효율을 더 높일 수 있다. 또 전지를 초록색으로 보이게 해 미관도 개선할 수 있다.
다기능성 필름은 실험을 통해 효과가 입증됐다. 기존 반사방지 필름을 사용한 탠덤 태양전지는 5시간 후 초기 효율의 90%로 수준으로 떨어지다가 20시간 후에는 50% 수준으로 급격하게 떨어진다. 반면 연구진이 개발한 다기능성 필름은 120시간이 지나도 초기 효율의 91% 이상을 유지했다. 또 초기 효율 자체도 기존보다 약 4.5% 증가했다.
연구팀은 "표면에 요철을 만들어 태양 빛 반사를 줄이는 기존 방식과 달리 반사 방지 필름 안에 첨가하는 물질로 유효 파장대역 흡수 성능을 높인 신기술"이라며 "자외선도 차단할 수 있어 탠덤 태양전지 상용화뿐만 아니라, 자외선에 약한 유기 태양전지, 유기물 다이오드와 같은 분야에도 응용할 수 있을 것"이라고 밝혔다.
연구 수행은 한국에너지기술평가원의 알키미스트 프로젝트 사업인 '35% 슈퍼 태양전지 개발' 사업의 지원으로 이뤄졌다. UNIST 김찬울 신소재공학부 박사후 연구원과 피츠버그대학교 이성하 기계·재료공학부 박사후 연구원이 제1저자로 참여했다. 해당 연구논문은 기능성 소재분야의 세계적 학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈'(Advanced Functional Materials) 24일자 온라인판에 공개됐다.
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