▲ (좌측 사진)세계최고효율 페로브스카이트/CIGS 탠덤태양전지 / (우측사진)세계최고효율 페로브스카이트/CIGS (좌)탠덤태양전지의 도식도 및 (우)투과전자현미경 단면 사진(그림 및 설명=서울대학교 김진영 교수)  © 특허뉴스

한국의 독보적인 태양광 기술력이 전 세계를 놀라게 했다. 국내 연구진이 차세대 태양전지 분야에서 광발전 성능 신기록을 달성하며 좁은 국토에 효율적인 태양광 발전 시대를 열 단서를 마련했다. 특히 이번 기록은 세계적인 태양전지 연구기관인 미국 국립재생에너지연구소(NREL) 공식 차트에 등재되는 쾌거로, 한국이 차세대 태양광 기술의 주도권을 확보했음을 공표하는 성과다.

한국연구재단은 서울대학교 재료공학부 김진영 교수팀과 한국과학기술연구원(KIST) 차세대태양전지연구센터 정증현 박사팀이 페로브스카이트/CIGS 탠덤 태양전지 분야에서 26.3%의 광발전 성능 신기록을 달성했다고 밝혔다. 이는 기존 독일 연구소의 최고 기록인 24.6%를 1.7%p나 뛰어넘는 압도적인 수치다.

2050년 탄소중립 목표 달성을 위해 태양광 발전은 필수적이지만, 우리나라는 높은 인구밀도와 좁은 국토 면적 탓에 대규모 태양광 발전소 부지 확보에 어려움을 겪어왔다. 이런 상황에서 연구팀이 개발한 페로브스카이트/CIGS 박막 탠덤 태양전지는 가볍고 유연한 특성을 지녀 건물 외벽, 창문, 자동차 지붕, 방음벽 등 다양한 공간에 스티커처럼 부착할 수 있어 국토 활용의 효율을 극대화할 대안으로 기대를 모은다.

공동 연구팀은 만들기 쉽고 비용이 저렴한 페로브스카이트 태양전지와 더 넓은 영역의 빛을 흡수하는 CIGS 태양전지를 결합하는 혁신적인 방법을 고안했다. 서울대 연구팀은 거친 CIGS 태양전지 표면 위에 페로브스카이트 태양전지를 안정적으로 쌓아 올릴 수 있는 특수 소재와 공정을 개발해 두 태양전지가 완벽하게 밀착되어 최고의 성능을 발휘하도록 만들었다. KIST 연구팀은 두 태양전지를 연결하는 부분에서 에너지 손실을 최소화하는 최적화된 연결층 기술을 통해 태양전지가 잠재력을 100% 발휘하도록 지원했다.

정증현 박사는 "최고 수준의 효율을 달성하면서도, 기존 실리콘 기반 고효율 기술로는 적용이 어려웠던 건물, 자동차, 우주 항공 등 다양한 분야에 적용할 수 있는 박막 탠덤 기술의 잠재력을 증명했다"고 이번 연구 성과를 평가했다. 김진영 교수는 "이번 NREL 차트 등재를 계기로 페로브스카이트/CIGS 박막 탠덤 태양전지 기술의 주도권을 한국이 확보하고, 관련 기술 개발을 더욱 가속화하는 전환점이 될 것"이라고 기대를 표했다.

이번 연구는 국내 연구진이 차세대 태양광 시장에서 세계적인 경쟁력을 갖추고 있음을 여실히 보여주는 사례이며, 좁은 국토의 한계를 넘어 지속 가능한 에너지 미래를 위한 중요한 발걸음이 될 것으로 주목된다.