성균관대 김한기 교수, 페로브스카이트 태양전지 전용 투명 전극 소재 및 공정 기술 개발
- 페로브스카이트 태양전지 상업화를 위한 핵심 기술 확보
- 초고효율 탠덤 솔라셀 구현을 위한 투명 전극기술

□ 성균관대학교(총장 유지범) 신소재공학부 김한기 교수 연구팀은 차세대 대면적 고효율 페로브스카이트 태양전지 상용화를 위한 전용 ITO 투명 전극 기술을 개발했다. 기존 페로브스카이트 태양전지 연구는 전용 투명 전극 없이 디스플레이에 사용되는 (Sn(주석)이 10wt.% 도핑된) ITO 투명 전극만을 사용하여 진행했기 때문에 최고효율 달성에 한계가 있었다.

□ 연구팀은 페로브스카이트 태양전지 전용 ITO 투명 전극을 구현하기 위해 Co-sputtering 공정을 이용해 Sn(주석) 도판트 함량을 미세하게 조절하고 빛을 이용한 급속 열처리 기술을 도입하여 페로브스카이트 전용 ITO 투명 전극을 세계 최초로 구현했다. 연구팀은 이를 ‘CE-ITO(Composition Engineered ITO)’로 명명했다.

□ 이 전극은 2.75Ohm/sqaure의 낮은 면저항과 94%의 광투과도를 보여 전극 교체만으로 페로브스카이트 태양전지 효율을 20.78%(일반적인 ITO 전극)에서 23.35%(CE-ITO 전극)로 대폭 향상시킬 수 있었다. 또한 CE-ITO 전극에 제작된 페로브스카이트 태양전지는 일반적인 ITO에 제작된 페로브스카이트 태양전지에 비해 우수한 안정성을 나타내어 차세대 페로브스카이트 태양전지 상업화를 위한 핵심 기술을 확보하였다.

□ CE-ITO 전극의 우수한 전기적/광학적 특성과 안정성의 비결은 페로브스카이트 광활성층의 에너지밴드를 고려한 Sn(주석) 도판트의 정확한 함량 제어와 빛을 이용한 급속 열처리를 통해 이루어지는 결정화 기술에 있다고 연구팀은 설명했다.

□ 이번 연구 결과는 차세대 태양전지로 알려진 페로브스카이트 태양전지 연구 및 상용화를 위한 핵심 전극 기술로, 반투명 페로브스카이트 태양전지, 초고효율 탠덤 태양전지의 상용화를 앞당길 것으로 예상하고 있다. 뿐만 아니라 CE-ITO 기술은 차세대 우주용 초고효율 태양전지의 안정성을 확보하는 기술로 적용이 가능할 것으로 예상된다.

□ CE-ITO 기술은 김한기 교수의 실험실 스타트업 회사인 (주)코코넛머터리얼즈를 통해 연구용 TEG 제품으로 양산을 준비하고 있으며 페로브스카이트 태양전지를 연구하는 대학/연구소/기업에 공급될 전망이다.

□ 연구팀의 이번 연구결과는 과학기술정보통신부 연구재료개발확산사업 및 경기도지역협력연구센터(GRRC)의 지원으로 수행되었으며, 에너지 분야 국제학술지 어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials, IF: 29.698)에 지난 12월 10일에 게재되었다.

12월 12일 화요일자 보도자료 - 첨부파일 참조