한국에너지기술연구원은 세계 최고 효율의 가볍고 유연한 페로브스카이트-CIGS '탠덤 태양전지'(서로 다른 두 종류 이상의 태양전지를 겹쳐 만든 전지)를 개발했다고 3일 밝혔다.

CIGS는 구리·인듐·갈륨·셀레늄의 화합물 반도체로, 가볍고 얇으면서 광 흡수 능력이 우수하다.

최근 실리콘 태양전지 효율을 높이기 위해 페로브스카이트(부도체·반도체·도체의 성질은 물론 초전도 현상까지 갖는 산화물)를 사용한 페로브스카이트-실리콘 탠덤 태양전지에 대한 연구가 활발하게 이뤄지고 있지만, 무겁고 충격에 약하다는 한계가 있다.

CIGS를 광 흡수층으로 사용한 페로브스카이트-CIGS 탠덤 태양전지는 가볍고 휘어지는 특성이 있어 곡선 형태 건물과 자동차, 항공기 등에 활용할 수 있다.

다만 페로브스카이트-실리콘 탠덤 태양전지에 비해 효율이 낮고 제작 난도가 높아 상용화가 어려웠다.

연구팀은 유리 기판 위에 폴리이미드층을 코팅한 뒤 그 위에 페로브스카이트-CIGS 탠덤 태양전지를 제작·분리하는 '리프트오프'(lift-off) 공정을 개발했다.

유연한 폴리이미드 자체를 기판으로 활용하는 기존 공정과 달리 딱딱한 유리 기판이 지지하는 역할을 하기 때문에 안정적으로 전지를 제작할 수 있다.

평평한 기판 위에서 태양전지의 각 층이 균일하게 증착돼 성능을 높일 수 있다고 연구팀은 설명했다.

또 폴리이미드층은 칼륨 등 금속 원소가 CIGS 광 흡수층으로 과하게 확산하는 것을 억제하는 역할을 해 결함을 최소화할 수 있다.

연구팀이 개발한 태양전지의 전력 생산 효율은 23.64%로 기존 페로브스카이트-CIGS 태양전지의 최고 효율(18.1%)을 크게 웃돌았다.

또 10만 차례의 구부림 테스트 후에도 초기 효율의 97.7%를 유지해 우수한 내구성을 나타냈다.

정인영 선임연구원은 "유연성과 경량성을 갖춘 고효율 차세대 태양전지 기술의 상용화 가능성을 증명했다"며 "효율 30%급 초경량 유연 태양전지 실현을 위한 중요한 이정표가 될 것"이라고 말했다.

이번 연구에는 경상국립대 이태경 교수와 연세대 김해진 교수가 공동으로 참여했다. 연구 성과는 국제 학술지 '줄'(Joule) 지난달 호에 실렸다.