기존 방식에서 약 20% 성능 향상 “고효율 태양전지 향한 새로운 방향 제시” 국내 연구팀이 페로브스카이트 태양전지 성능을 한층 더 발전시킬 수 있는 기술을 개발했다. UNIST 에너지화학공학과 장성연 교수팀과 고려대학교 곽상규 교수팀이 주석-납 할로겐화물 페로브스카이트 광활성층과 양자점층을 접합해 태양전지 소자의 효율을 큰 폭으로 개선할 수 있는 기술을 공동으로 개발했다. 연구팀은 결합된 소재가 접합되며 만들어진 박막층을 활용해 전지의 효율을 대폭 상승시켰다. 생성된 접합층은 내부 전기장을 강화시키고, 경계면의 결함을 대폭 감소시켜 전하의 이동 거리를 늘렸다. 전하추출의 효율을 높인 것이다. 주석-납 할로겐화물 화합물은 밴드간의 에너지 갭의 차이가 적다. 에너지 갭은 반도체 소재에서 전도띠의 하단부분과 가전자띠의 상단부분의 에너지 차이를 의미한다. 근적외선 영역대 빛까지 흡수하는 능력이 뛰어나지만, 내부결함이 많고 전하의 이동 거리가 짧아 전하를 안정적으로 추출하기 어려웠다. 연구팀은 페로브스카이트 양자점을 주석-납 페로브스카이트 층 위에 박막으로 덮어 기존의 고질적 문제를 개선했다. 주석-납 할로겐화물 페로브스카이트 박막 표면에 양자점 소재를 씌우면 양자
양자점의 리간드 교환법 개선해 효율 경신…장기간 보관해도 효율 유지 UNIST 에너지화학공학과 장성연 교수팀이 안정성이 우수한 유기양이온기반 페로브스카이트(이하 유기계 페로브스카이트) 양자점을 합성하고, 태양전지용 광활성 박막의 내부 결함을 억제하는 새로운 리간드 치환 기술을 개발했다. 장성연 교수는 “개발된 기술을 바탕으로 양자점 태양전지의 효율 18.1%를 달성했다”며 “이는 현재까지 미국 재생에너지연구소(National Renewable Energy Laboratory, NREL)에서 공인한 양자점 태양전지 중 세계 최고 효율”이라고 설명했다. 지난해 나노기술의 핵심소재인 양자점을 발견하고 발전시킨 과학자 3인이 노벨화학상을 수상할 만큼 관련 분야에 대한 관심도가 높아지고 있다. 양자점은 수십 나노미터 내외의 매우 작은 반도체 결정으로 입자의 크기에 따라 광전기 특성을 조절할 수 있다. 특히 페로브스카이트 양자점은 우수한 광전기적 특성을 가진다. 상기판 위에서 성장시키는 과정 없이 용매에 뿌리거나 바르는 공정을 통해 태양전지를 제조할 수 있다. 이로 인해 제조 환경에 구애받지 않고 비교적 단순한 방식으로 일정한 품질을 낼 수 있게 된다. 그러나 실제 양
차세대 페로브스카이트와 OLED의 장점을 모두 갖는 소자...네이처 나노테크놀로지 게재 과학기술정보통신부(이하 과기정통부)는 서울대학교 이태우 교수 연구팀이 금속 할라이드 페로브스카이트와 유기발광 소재를 결합한 고효율 장수명 하이브리드 탠덤 발광 소자 개발에 성공했다고 밝혔다. 차세대 태양전지 소재로 널리 알려진 페로브스카이트는 전기적 특성과 색 순도가 우수하고 가격이 저렴해 차세대 디스플레이 소자로 주목받고 있으나 기존 유기발광소자(OLED)보다 효율이 낮다는 한계가 있는 것으로 알려졌다. 이를 해결하는 방법 중 하나는 서로 다른 특성의 소자를 결합하는 탠덤(Tandem)구조를 이용하는 것이다. 하지만 용액공정으로 제작하는 페로브스카이트의 특성상 다른 소자와 적층하는 것이 매우 까다롭고, 단순히 적층하는 것만으로는 높은 색순도와 발광 효율을 갖게하는 것이 어렵다. 연구팀은 용액공정으로 하단의 페로브스카이트 나노 결정 단일소자를 제작한 뒤 증착공정으로 상단의 유기 발광 단일소자를 제작하는 새로운 디자인으로 탠덤 구조 페로브스카이트 발광 소자 제작에 성공했다. 연구팀은 광학 시뮬레이션을 통해 고효율·고색순도를 동시 구현하는 최적의 소자구조를 찾아 ‘하이브리드-
그린 수소 생산 기술에 응용… Advanced Energy Materials 게재 페로브스카이트 태양전지의 안정성을 향상시킬 수 있는 기술이 개발됐다. 높은 효율로 장시간 구동 가능해 페로브스카이트 태양전지 상용화와 그린 수소 생산 기술에도 도움이 될 것으로 보인다. UNIST 에너지화학공학과 장성연·류정기·장지욱 교수팀과 고려대학교 곽상규 교수팀은 높은 안정성과 효율을 가진 주석-납 할로겐화합물 페로브스카이트 태양전지를 개발했다고 밝혔다. 공동 연구팀은 주석-납 할로겐화물 페로브스카이트 활성층과 금속 전극 사이에 특수 설계된 음극 중간층을 삽입했다. 태양전지 소자의 안정성과 효율을 동시에 향상하는 획기적인 기술이라는 평가다. 장성연 교수는 “개발된 태양전지를 광전극으로 활용해 고효율의 그린 수소를 생산할 수 있는 광전기 화학 소자의 새로운 구조를 제시했다”고 설명했다. 금속 할로겐화물 페로브스카이트는 빛 에너지를 받아 전자를 방출하는 ‘광전자’ 특성이 우수해 태양 에너지 응용 분야에서 유망한 재료로 꼽힌다. 특히 혼합 주석-납 할로겐화물 페로브스카이트(TLHP)는 가시광선에서 근적외선 영역까지 태양광 흡수가 가능해 고효율 태양전지 개발에 중요한 소재지만,
KAIST는 생명화학공학과 김범준 교수 연구팀이 높은 전기적 성능과 신축성을 동시에 갖는 새로운 형태의 전도성 고분자 물질을 개발해 세계 최고 성능의 스트레처블 유기태양전지를 구현했다고 26일 밝혔다. 유기 태양전지(organic solar cells)는 빛을 받아 전기를 생산하는 광 활성층이 유기물로 구성되는 전자소자로, 기존 무기 재료 기반 태양전지에 비해 가볍고 유연하다는 장점이 있어 몸에 착용할 수 있는 웨어러블 전자소자에 사용 가능하다. 특히 태양전지는 이러한 전자소자의 전력을 공급하는 필수적인 소자이지만, 기존 고효율 태양전지는 신축성을 가지기 어려워서 웨어러블 소자로 거의 구현된 바가 없다. 김범준 교수 연구팀은 높은 전기적 성질을 가지는 전도성 고분자에 고무처럼 늘어나는 고신축성 고분자를 화학 결합을 통해 연결해 높은 전기적 성능과 기계적 신축성을 동시에 가지는 새로운 형태의 전도성 고분자를 개발했다. 개발된 고분자는 현재 세계 최고 수준의 광전변환효율(19%)을 가지는 유기태양전지를 구현하면서도 기존 소자들에 비해 10배 이상 높은 신축성을 달성했다. 이를 통해 40% 이상 잡아당겨도 작동하는 세계 최고성능의 스트레처블 태양전지를 구현했으며
재생탄소, 태양전지 분야 연구인력 교류·공동 연구 추진...31일 미 현지서 협약 체결 UNIST 이용훈 총장이 이날 미국 콜로라도 덴버에 있는 국립재생에너지연구소(National Renewable Energy Laboratory)를 방문해 탄소중립 분야 공동 연구사업 발굴 확대를 위한 교류 협약을 체결했다. 국립재생에너지연구소(이하 NREL)는 미국 에너지성 산하 차세대 에너지 연구·개발 분야 최고 권위 연구소이다. 협약에 따라 양 기관은 재생 탄소 기술, 태양전지 등 연구 분야에서 협력 예정이다. UNIST는 특히 연구인력 교류, 공동 기술 개발을 중점적으로 추진해 나갈 방침이다. 구체적인 협력 분야는 화석연료 유래 플라스틱 대체 기술, 폐플라스틱 저감 기술, 차세대 태양전지 대면적 모듈화 등이다. 관련 분야 국제학술대회 공동 개최, 국제컨소시엄 설립 등도 계획 중이다. 한편, UNIST는 1일(현지시각) 미국 텍사스학교오스틴 캠퍼스(University of Texas at Austin)와도 학생과 연구자 교환 프로그램 등의 운영 등을 위한 교류 협약을 체결했다. 텍사스대오스틴캠퍼스는 올해 QS랭킹 세계 58위, THE랭킹 세계 52위를 기록한 대학이다.
한화시스템이 한국에너지기술연구원과 손잡고 차세대 우주용 태양전지 사업에 나선다. 한화시스템은 사내벤처 '플렉셀 스페이스'가 13일 한국에너지기술연구원과 CIGS와 페로브스카이트를 결합한 '우주용 탠덤 태양전지 기술 개발 및 경량 박막 태양전지 상용화 협력을 위한 업무협약'을 체결했다고 밝혔다. CIGS는 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄이 일정 비율로 결합된 화합물을 재료로 한 태양전지로, 가볍고 얇으면서 광 흡수가 우수하다. 생산 단가가 저렴하다는 점도 장점이다. 페로브스카이트는 전기 전도성이 우수하고 빛을 전기로 전환하는 효율이 높아 차세대 태양전지의 핵심 재료로 꼽힌다. 양사는 이날 협약을 통해 CIGS와 페로브스카이트를 결합한 '우주용 탠덤 태양전지' 공동개발, 태양전지의 제조공정 및 사업모델 구축 등의 분야에서 협력하기로 했다. 안태훈 한화시스템 전문연구원 겸 플렉셀 스페이스 대표는 "에너지연구원과 기술협력을 통해 차세대 태양전지 상용화를 앞당기고 우주탐사·우주발전소 등에서 기회를 포착해나갈 것"이라고 말했다. 헬로티 김진희 기자 |
반도체 혼화성 조절해 뭉침 현상 제어해 11.28%의 높은 전력 변환 효율 기록 큰 면적에서 높은 효율을 내는 유기 태양전지가 개발됐다. 유기 태양전지는 차세대 태양전지로 주목받고 있다. UNIST 화학과 김봉수 교수팀이 KIST 차세대 태양전지 연구센터 손해정 박사팀과 공동으로 고효율의 대면적 유기 태양전지 소재를 개발했다. 유기 태양전지는 현재 상용화된 실리콘 태양전지보다 가볍고 유연성을 가지며, 반투명하게 제작할 수 있어 차세대 전지로 주목받고 있다. 하지만 소자의 제작과정에서 발생하는 유기 소재의 뭉침 현상으로 높은 효율을 내기 어려웠다. 공동 연구팀은 n형 반도체(전하 운반자 역할을 하는 전자의 수가 양공의 수에 비해서 훨씬 많이 있는 반도체)와 p형 반도체(전하 운반자 역할을 하는 양공의 수가 전자의 수에 비해서 훨씬 많이 있는 반도체)가 섞이는 혼화성을 조절해 기존 대면적 유기 태양전지 효율 저하의 원인인 유기 소재의 뭉침 현상을 제어했다. 이에 앞서 공동 연구팀은 전자를 받아들이는 전자수용체 말단에 위치한 원자를 도입해 ‘비대칭 n형 반도체’를 개발했다. 반도체의 고분자화합물을 이루는 두 종류의 단량체를 결합시켜 새로운 ‘p형 공중합체(co-p
산업단지 RE100·해외시장 재진출로 RE사업부문 성장 모색 신성이엔지가 올 2분기 연결재무제표 기준 매출이 1570억 원, 영업이익 23억 원으로 잠정 집계됐다고 8일 밝혔다. 이는 전년 동기 대비 각각 11%, 77% 감소한 수치다. 직전 분기와 비교하면 매출은 29% 증가한 반면 영업이익은 47% 축소됐다. 상반기 누적기준으로는 매출액은 2783억 원, 영업이익은 66억 원을 기록했다. 각 사업부문별로 살펴보면 반도체 클린룸·이차전지 드라이룸 사업을 영위하는 클린환경(CE) 부문의 올 2분기 매출은 직전 분기 대비 36% 증가한 1378억 원으로, 전체 매출의 약 88%를 차지했다. 같은 기간 영업이익은 21억 원으로 19% 감소했다. 신성이엔지는 이익 감소 배경으로 올해 초 수주했던 국내 주요 프로젝트 지연을 지목했다. 일부 프로젝트가 순연됨에 따라 제품 제조 및 인력 투입 등 비용이 발생한 만큼 매출이 증가하지 못한 점이 원인이라는 설명이다. 특히 이차전지 드라이룸 등 해외 매출의 경우, 급증하는 수주를 대응하기 위해 각 현지 제반 시설 확충과 인원 증가에 따른 비용이 늘어나면서 매출 증가 대비 이익 개선에서는 부진한 흐름을 보였다. 신성이엔지는 “
국책사업 선정…2026년까지 발전효율 26% 달성 목표 HD현대의 태양광 부문 계열사 HD현대에너지솔루션이 초고효율 태양전지 제품 개발에 나선다고 12일 밝혔다. HD현대에너지솔루션은 최근 산업통상자원부 국책과제인 '대면적 박형 HJT((Hetero-junction Technology, 이종접합 기술) 태양전지 및 모듈 양산기술 고도화' 주관 기관으로 선정돼 이같은 연구개발을 맡게 됐다고 전했다. 국내 부품·장비 생산기업, 태양광 연구기관 등 8곳도 함께 참여한다. HD에너지솔루션은 이번 사업을 통해 2026년까지 초고효율 대면적(M10급) HJT 태양전지를 양산해 20% 초반 수준에 머물러 있는 태양광 제품의 발전효율을 26%까지 높이겠다는 계획이다. HJT 관련 소재·부품·장비 개발 및 상용화도 함께 추진한다. 현재 상용화된 글로벌 태양전지의 효율은 최대 23% 수준으로, 소수점 단위로 효율 경쟁이 이뤄질 만큼 업체 간 격차가 크지 않은 상황이다. HJT는 에너지 손실을 최소화할 수 있어 효율이 높고 제조 공정이 비교적 단순하다는 장점이 있다. 단위면적당 발전량이 많아 도심 속 고층 빌딩이나 전기차 등 면적이 한정된 경우에도 활용성이 높다. 발전효율이 3
광주과학기술원(GIST) 연구진이 차세대 태양전지 제작에 필수적으로 사용되는 신물질을 개발했다. GIST 신소재공학부 김호범 교수는 스위스 로잔 연방공대 나지루딘 교수팀, 다이슨 교수팀, 이탈리아 콘실리오 국립연구소 포지 박사팀과 함께 페로브스카이트 태양전지 정공수송용 신규 소재 'BSA50'를 개발했다고 1일 밝혔다. 페로브스카이트 태양전지는 금속-할로겐 페로브스카이트 소재를 태양광 흡수를 위한 광활성층으로 사용하는 태양전지다. 최근 실리콘 태양전지와 동등한 수준의 효율이 보고됐고, 낮은 제작 단가·용이한 생산 공정·유연화 가능 등의 장점이 있어 실리콘 태양전지를 이을 차세대 태양전지로 주목받고 있다. 연구진은 태양전지의 광 흡수층 내 생성된 전하(양전하)를 효과적으로 수송해 추출하는 역할을 하는 '정공수송층' 소재를 신소재로 대체해 페로브스카이트 태양전지 상용화 가능성을 제시했다. 새로운 정공수송층 소재인 BSA50을 적용한 페로브스카이트 태양전지는 기존 정공수송층을 사용한 소자의 광전변환 효율과 거의 비슷(97% 수준)한 22.65%의 효율을 보였다. 안정성 면에서는 태양광 아래 1000시간 동안 작동 후에도 초기 효율 대비 89% 이상 유지됨을 보여줘
국내 연구진이 최고 효율의 페로브스카이트 태양전지를 개발해냈다. 연구진에 따르면, 전지를 만드는 데 쓰인 박막증착 공정 방식은 전지를 대량으로 생산하는 데 유리한 방식이다. UNIST 박혜성 신소재공학과 교수팀은 고효율·장수명 페로브스카이트 태양전지를 진공 박막증착 공정으로 제조하는 데 성공했다고 밝혔다. 진공 박막증착은 원료 물질을 진공 상태서 증발시켜 기판에 얇게 입히는 방식으로 이미 대형 OLED TV 제조 등에서 널리 쓰이고 있는 기술이다. 이번에 개발된 페로브스카이트 태양전지는 태양광-전기 변환 효율이 21.4%를 기록했는데, 이는 진공 박막증착 공정으로 제조한 페로브스카이트 태양전지 중 최고 수준이다. 또 전지 전체를 보호물질로 감싸는 봉지막(encapsulation) 공정 없이도 60~70% 습도에서 1000시간 전지를 작동시켰을 때 초기 효율의 60% 이상을 유지하는 등 뛰어난 내구성을 보였다. 제1 저자인 최윤성 연구원은 “페로브카이트 물질 위에 증착된 보호 피막 덕분”이라며 “이 보호 피막은 수분, 열 자극 보호 효과가 탁월하면서도 기존 보호 피막과 달리 전지 효율을 떨어뜨리지 않는다”라고 설명했다. 페로브스카이트 태양전지는 페로브스카이트
폴리실리콘 210mm 웨이퍼N타입 모듈 등 첨단 기술 집약된 핵심 제품 생산 예정 트리나솔라(Trina Solar)가 차세대 태양광 기술로 꼽히고 있는 N-타입 PV 공장을 중국 칭하이성 시닝시에 설립하는 '뉴에너지 산업공단' 프로젝트에 착수했다고 26일 밝혔다. '뉴에너지 산업공단'은 고순도 폴리실리콘을 비롯해 210mm 및 N-타입 모듈에 이르기까지 첨단 PV 기술을 집약한 제조 라인이 들어서게 된다. 라인이 완공되면 매년 총 30만 톤의 산업용 실리콘, 15만 톤의 고순도 폴리실리콘, 35GW의 모노 실리콘, 10GW의 웨이퍼 슬라이스, 10GW의 셀, 10GW의 모듈, 15GW의 모듈 보조기가 생산될 예정이다. 프로젝트는 총 2단계로 건설이 진행된다. 먼저 2023년 말경 1단계 건설 완료 후 공장이 가동되면 총 10만 톤의 산업용 실리콘, 5만 톤의 고순도 폴리실리콘, 20GW의 모노 실리콘, 5GW의 웨이퍼 슬라이스, 5GW의 셀, 5GW의 모듈, 7.5GW의 모듈 보조기가 생산된다. 이어 2단계에서는 20만 톤의 산업용 실리콘, 10만 톤의 고순도 폴리실리콘, 15GW의 모노 실리콘, 5GW의 웨이퍼 슬라이스, 5GW의 셀, 5GW의 모듈,
DGIST 박막태양전지연구센터·경남대 신소재공학과 공동연구팀, 범용 소재 박막태양전지 기공 형성 원인 규명 및 억제 기술 개발 DGIST(대구과학기술원)는 박막태양전지연구센터(센터장 강진규)와 경남대학교 신소재공학과 김세윤 교수 연구팀이 함께 친환경 범용 소재 박막태양전지인 CZTS 박막태양전지의 문제점인 기공 형성 원인을 규명하고 이를 억제하는 기술을 개발했다고 최근 밝혔다. 태양의 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 전기를 발생하는 ‘태양전지’는 지속가능한 신재생 에너지로 실생활에서도 쉽게 찾아볼 수 있다. 그중에서도 CZTS 박막은 값이 싸고 독성이 거의 없는 구리, 주석, 아연을 주요 소재로 사용하기 때문에 대량생산이 용이하다. 또한, 휘어지는 성질을 가지고 있어 여러 분야에 적용 가능하다. 지난 2019년, DGIST 박막태양전지연구센터에서 12.6%라는 세계 최고의 발전전환 효율을 기록한 태양전지를 개발하기도 했으나, 아직 하부 전극 부근에서의 다양한 크기의 구멍이 생기는 등(기공 결함) 여러 결함에 대한 해결책이 필요한 실정이었다. 이에 DGIST 박막태양전지연구센터와 경남대학교 김세윤 연구팀은 CZTS 박막태양전지의 문제점인 흡수층 하부에 존재
친환경․지속가능 복사냉각 소재로 건물 실외 온도 9℃ 감소 효과 예측 국내 연구진이 추가 에너지 사용 없이 에어컨처럼 냉각이 가능한 친환경 제로-에너지 냉각 소재를 개발했다. 한국화학연구원(이하 화학연) 김용석·박찬일 박사·박초연 학생연구원, 중앙대학교 유영재 교수, 캘리포니아대학교 어바인(UCI) 이재호 교수 공동 연구팀은 최근 발표된 연구에서 다양한 분야의 냉각에 활용할 수 있는 친환경 수동 복사냉각 소재를 개발했다. 본 기술 개발을 통해 여름철 냉각이 중요한 건물, 자동차, 태양전지 등 다양한 분야에 응용하여 에너지 사용 없이 효율적인 열관리에 기여할 수 있을 것으로 전망된다. 뿐만 아니라, 생분해되는 친환경 소재를 활용하여 폐기물이 발생하지 않아 친환경 냉각 소재로 널리 활용될 것으로 기대된다. 수동 주간 복사냉각은 플랑크 법칙에 따라 물체에서 자발적으로 발생하는 전자기복사를 이용해, 열을 방출시키고 태양 빛은 반사하여 물체의 표면 온도를 낮추는 기술이다. 즉, 수동 복사냉각 기술은 낮에도 복사냉각을 유지하기 위해서 태양 빛을 95% 이상 반사하면서 열방출을 용이하게 하는 소재 기술이 관건이다. 지구의 대기를 구성하는 분자들(O2, CO2, H2O 등
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