DGIST, 온도 조절만으로 친환경 태양전지 효율 향상 기술 개발

(왼쪽부터) DGIST 이재백 박사, 바쉬로 카디리 잉글리쉬 박사과정생, 김대환·양기정 책임연구원./DGIST 제공

DGIST(대구경북과학기술원) 에너지환경연구부 양기정·김대환 책임연구원 연구팀과 인천대학교 김준호 교수팀이 ‘온도 상승 속도 조절’만으로 친환경 태양전지 소재인 안티모니 셀레나이드(Sb₂Se₃)의 효율을 크게 높이는 기술을 개발했다. 복잡한 장비 없이 단순한 공정 개선으로 고효율·친환경 소자 구현 가능성을 입증해 상용화 기대감을 높였다.  

연구팀은 태양전지 제조 과정에서 소재를 가열할 때 온도를 빠르게 상승시키면 결정 구조가 규칙적으로 성장하고 결함이 줄어든다는 사실을 확인했다. 이로 인해 전자와 정공의 이동이 원활해져 태양전지 효율이 크게 향상됐다. 

기존 안티모니 셀레나이드 소자는 결정 방향성과 결함으로 인해 전하 이동이 방해받아 효율이 낮았으나, 이번 기술로 근본적 문제를 해결한 것이다.  

실험 결과, 느린 온도 상승 시 결정이 불규칙하게 성장해 결함이 증가한 반면, 빠른 공정에서는 결정이 일정하게 배열돼 전기 전도도가 개선됐다. 연구팀은 주사전자현미경, X선 회절, STEM-EDS 등 다양한 분석 기법으로 결함 특성을 규명하며 이를 입증했다. 

양기정 책임연구원은 “결정 성장 속도 제어만으로 소재의 잠재력을 극대화할 수 있어 상용화 및 대면적 모듈 개발에 기여할 것”이라고 밝혔다. 

이번 연구는 과학기술정보통신부, 산업통상자원부 등의 지원을 받아 수행됐으며, 에너지 분야 권위지 ‘재료 화학 저널 A(Journal of Materials Chemistry A)’에 9월 온라인 게재되고 표지 논문으로 선정됐다.  

안티모니 셀레나이드는 유해 물질 없이 지구상에 풍부한 안티모니(Sb)와 셀레늄(Se)으로 구성된 친환경 소재로, 내열성과 내화학성이 우수해 차세대 태양전지로 주목받고 있다. 연구팀은 이번 기술이 기존 공정 한계를 극복하고 저비용 대량 생산 가능성을 열었다고 평가했다.  

제1저자는 DGIST 이재백 박사와 Bashiru Kadiri-English 박사과정생이며, 교신저자는 양기정 책임연구원이다.

/김락현기자 [e-mail]