신소재공학부 김한기 교수 연구팀, 차세대 반투명 페로브스카이트 태양전지 핵심기술 개발
-  차세대 반투명 페로브스카이트 태양전지 구현을 위한 투명 캐소드 제조 기술 개발
- 국제적 학술지 Nano Energy 2021년 1월 온라인 게재 및 특허 출원

[그림1] 신소재공학부 김한기 교수

신소재공학부 김한기 교수 연구팀이 차세대 반투명 페로브스카이트 태양전지 구현을 위한 투명 캐소드 제조 기술을 개발했다. 

반투명 페로브스카이트 태양전지는 효율이 높아 차세대 건물 외장 유리인 건물 일체형 태양광(BIPV:Building Integrated Photovoltaics)이나 자동차 유리에 적용이 가능할 것으로 기대를 모으고 있다. 하지만 투명 전극 캐소드 기술의 한계로 지금까지 실험실 수준의 연구 결과만 보고되었다. 

이에 김한기 교수 연구팀은 기존 반도체․디스플레이 양산 공정에 사용되고 있는 스퍼터 기술을 응용한 Linear Facing Target Sputtering(LFTS) 기술을 이용하여 플라즈마 데미지 없이 반투명 페로브스카이트 태양전지를 제조할 수 있는 기술을 개발하고, 특허 출원(출원번호 10-2019-0144706 투명 산화물 전극을 형성하기 위한 스퍼터링 방법 및 이에 의해 제조된 투명 산화물 전극)을 완료했다.
    ※ 스퍼터 기술 : 반도체/디스플레이 제작 시 박막(Thin film)을 제작하는 장치
    ※ 플라즈마 데미지 : 반도체소자나 디스플레이 혹은 태양전지가 플라즈마에 노출되어 망가지는 현상

[그림2] 반투명 페로브스카이트 태양전지 구조 및 투명 전극 개략도

기존 스퍼터 기술을 이용한 ITO 전극 기술은 플라즈마 데미지뿐만 아니라 공정 온도를 높여야 하는 문제가 있었으나, 연구팀은 상온에서도 투명 전극 특성을 나타내는 InZnSnO 소재 및 LFTS 기술을 적용하여 고효율 반투명 페로브스카이트를 성공적으로 제작할 수 있는 기술을 개발했다.
    ※ ITO 전극 기술 : 디스플레이/태양전지를 제작하기 위해선 투명하면서 전기가 통하는 전극이 필요하며 일반적으로 Indium Tin Oxide (ITO) 물질을 사용
    ※ InZnSnO : Zn(아연)과 Sn(주석)을 동시에 In2O3 산화물 반도체에 도핑시켜 제작한 비정질 투명 전극 물질

[그림3] 반투명 페로브스카이트 태양전지용 투명 전극 제작을 위한 LFTS 기술과 반투명 페로브스카이트 태양전지

김한기 교수는 “본 연구는 향후 반투명 페로브스카이트 태양전지를 생산하는 데 있어서 핵심 기술이 될 것이며, 대면적 반투명 페로브스카이트 태양전지 구현을 위한 핵심 기술을 국내 연구진이 확보한 것에 의의가 있다”고 밝혔다.

본 연구는 한국전력의 사외 과제 지원과 한국전력연구원과의 공동 연구로 이루어졌으며, 연구결과는 국제적 학술지인 Nano Energy에 2021년 1월 온라인 게재되었다.
    ※ 논문명 : Semi-transparent perovskite solar cells with bidirectional transparent electrodes
    ※ https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.105703

[그림4] 반투명 페로브스카이트 태양전지가 적용된 건물 예상 모형