GIST, 세계 최고 효율 달성 유기 태양전지 모듈

비할로겐 용매를 사용하여 제작한 대면적 유기 태양전지 투명 모듈 사진. (자료제공: GIST)

광주과학기술원(GIST, 총장 임기철)은 차세대에너지연구소가 개발한 대면적 유기 태양전지가 비할로겐 용매 모듈 분야에서 세계 최고 효율을 달성해 국내 유일 태양전지 효율을 측정하는 KOLAS(Korea Laboratory Accreditation Scheme, 한국인정기구)의 공식 인증을 받았다고 지난달 6일 밝혔다.
KOLAS 인증은 해외에서도 동일하게 인정받을 수 있어 기업의 해외시장 진출에 용이하다. KOLAS는 국가표준제도의 확립을 위해 설립된 산업통상자원부 국가기술표준원 산하 기구로서, 국가표준기본법 및 ISO/IEC 17025의 규정에 따라 교정기관, 시험기관을 평가하여 국제공인기관으로 인정하고, 인정받은 기관이 발행한 시험성적서가 국제적인 공신력을 갖추고 있음을 공인하는 제도를 운영하고 있다.
차세대에너지연구소 강홍규 책임연구원과 이광희 교수 공동연구팀은 인체 및 환경에 유해한 기존 할로겐 용매 대신 비할로겐 용매를 사용한 모듈 제작 기술을 통해 유기 태양전지 모듈 약 200cm2 크기에서 12% 효율을 달성했다.
유기 태양전지는 기존 실리콘 태양전지에 비해 제작 비용이 저렴할 뿐만 아니라 가볍고 유연하며 투명하다는 장점이 있다. 특히 저조도 환경에서도 발전(태양광을 전력으로 변환)할 수 있어 기존 실리콘 태양전지의 하루 평균 최대 발전 시간(약 3.5시간)보다 더 오래(약 5시간) 발전이 가능해 약 13% 효율만으로도 이미 상용화된 실리콘 태양전지와 유사한 연간 발전량을 확보할 수 있다.
기존 유기 태양전지 모듈은 크기가 커질수록 낮은 효율성과 클로로벤젠, 디클로로벤젠 등 독성이 강한 할로겐 유기 용매 사용으로 인해 작업자의 건강에 악영향을 미칠 뿐만 아니라 발생하는 증기나 부산물로 환경이 오염될 수 있어 상용화에 큰 어려움이 있다.
비할로겐 용매로 제작된 유기 태양전지는 추후 기존 실리콘 태양전지의 1/10 수준에 해당하는 저렴한 제조 비용과 유연한 필름 형태로 다양한 장소에 시공이 가능하다는 장점이 있어 태양광 활용 및 기술 발전에 크게 기여할 것으로 기대된다.
한편 연구팀은 비할로겐 용매로 공정 최적화를 통해 현재 약 14% 이상의 모듈 효율을 달성해 추가 인증 절차를 추진할 예정이다.
강홍규 책임연구원은 “독일의 경우, 국가의 지속적인 R&D 지원과 투자를 통해 10% 미만 효율임에도 상용화하여 국내 대기업 건물에 실증을 추진하고 있다”며 “우리나라도 더 늦기 전에 대면적 유기 태양전지 모듈 제조를 위한 상용화 R&D 투자와 관련 지원 정책의 재검토가 필요하다”고 설명했다.