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[IT뉴스]대기중에서도 효율 30%↑ 탠덤전지 제조…대량생산 문턱 낮춰

온카뱅크관리자

2026-06-11 10:47:32

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 페로브스카이트·실리콘 탠덤 태양전지는 페로브스카이트 전지와 실리콘 전지를 쌓아 만든 고효율 전지다. 게티이미지뱅크 제공
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 국내 연구팀이 차세대 태양전지인 고효율 페로브스카이트·실리콘 탠덤 태양전지 대량생산에 필요한 계면 코팅 물질을 개발했다. 페로브스카이트의 약점인 수분과 산소에 노출되는 일반 공정으로도 에너지 변환 효율 30%가 넘는 탠덤 태양전지를 만들 수 있게 돼 대량생산 문턱을 낮췄다는 평가를 받는다.
 울산과학기술원(UNIST)은 석상일 에너지화학공학과 특훈교수, 최경진 신소재공학과 고수팀이 사우디아라비아 킹압둘라공과대(KAUST) 연구팀과 함께 새로운 전기 계면 코팅 물질을 개발했다고 11일 밝혔다. 연구결과는 1일(현지시간) 국제학술지 '네이처 포토닉스'에 공개됐다.
 페로브스카이트·실리콘 탠덤 태양전지는 페로브스카이트 전지와 실리콘 전지를 쌓아 만든 고효율 전지다. 페로브스카이트가 위쪽에서 파장이 짧은 태양빛을 먼저 흡수하고 실리콘이 남은 빛을 흡수해 단일 실리콘 전지보다 높은 효율을 낸다. 중국도 주도권 확보 경쟁에 나섰다.
 연구팀은 페로브스카이트층을 쌓기 전 전극 표면에 먼저 깔리는 얇은 접촉층에 들어가는 물질을 개선했다. 접촉층이 고르게 붙어 있어야 페로브스카이트 용액이 균일하게 퍼지고 효율을 저하하는 결함도 줄어든다. 
 기존 자기조립단분자막(SAM) 코팅층은 얇고 투명해 광 손실이 적지만 공기 중에 수분이 있으면 전극 위에 고르게 붙지 못하고 페로브스카이트 용액을 올리는 과정에서 쉽게 흐트러진다. 수분과 산소를 차단한 특수 설비에서만 일정 수준 이상의 효율을 구현할 수 있어 대면적 생산비용 저감의 걸림돌로 작용했다.
 연구팀은 SAM에 글리세롤 디메타크릴레이트(GDMA)와 1-아세틸구아니딘(AG)이라는 분자를 첨가해 문제를 해결했다. GDMA는 분자들이 전극 표면에 더 균일하게 퍼지도록 돕고 페로브스카이트 용액 공정 중에 SAM이 씻겨 나가는 것을 억제한다. AG는 계면 결함을 줄이는 역할을 한다.
 개발된 물질을 적용하자 탠덤전지는 일반 대기 중에서도 31.72%의 전력 변환 효율을 냈다. 대기 중 제조 탠덤전지 중 세계 최고 기록이다. 공인 인증 효율은 31.36%다.
 내구성도 향상됐다. 전지 표면을 감싸는 보호 포장 없이 85℃의 고온 공기에 600시간 노출된 후에도 처음 성능의 92% 이상을 유지했다. 태양광을 모방한 강한 빛을 1000시간 연속으로 쬔 후에도 효율을 90% 이상으로 지켜냈다. 페로브스카이트 단일 전지 제작 시에도 제조 수율을 높일 수 있다.
 최 교수는 "정부의 'K-문샷 프로젝트' 목표인 초격차 초고효율 다중접합 탠덤 태양전지 개발과 궤를 같이하는 연구"라며 "차세대 태양전지 상용화에 크게 기여할 것"이라고 기대했다.
 석 교수는 "고효율 탠덤 태양전지를 상용화하려면 성능뿐 아니라 공정 재현성과 생산 비용도 해결해야 한다"며 "수분이 있는 일반 대기 중에서도 균일한 계면 박막과 높은 재현성을 확보할 수 있음을 보여 대면적 제조 공정으로 확장하는 데 필요한 기술적 기반이 될 것"이라고 밝혔다.
 &lt;참고 자료&gt; - doi.org/10.1038/s41566-026-01925-z
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 <img alt="왼쪽부터 석상일 UNIST 교수, 최경진 교수, 김귀수 연구원. UNIST 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202606/11/dongascience/20260611104538150tldb.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="ZurWw00HdF" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202606/11/dongascience/20260611104538150tldb.jpg" width="658">
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 왼쪽부터 석상일 UNIST 교수, 최경진 교수, 김귀수 연구원. UNIST 제공
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 [이병구 기자 2bottle9@donga.com]
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