고려대, 차세대 태양전지 핵심 기술 개발…고효율·대면적 구현 성공 > 성남소식

고려대, 차세대 태양전지 핵심 기술 개발…고효율·대면적 구현 성공

지속 가능한 에너지 기술 개발이 전 세계적으로 중요한 과제가 된 가운데, 한국 고려대학교와 울산과학기술원이 공동으로 차세대 태양전지의 핵심 기술을 발표해 큰 주목을 받고 있습니다. 이번 연구는 특히 상용화 가능성이 높은 ‘진공 증착 방식’의 페로브스카이트 태양전지에서 고효율과 대면적 확장을 동시에 구현했다는 점에서 학술적, 산업적으로 높은 평가를 받고 있습니다.

연구 성과는 세계적 권위를 가진 에너지 소재 분야 학술지 ‘어드밴스드 에너지 머터리얼즈(Advanced Energy Materials)’에 2025년 2월 5일자로 게재되었으며, 향후 차세대 태양전지 상용화에 실질적인 돌파구를 마련한 연구로 손꼽히고 있습니다.

1. 페로브스카이트 태양전지란 무엇인가

페로브스카이트 태양전지는 특수 결정 구조를 갖는 소재를 기반으로 만들어진 차세대 광전지입니다. 이 구조는 우수한 광 흡수 성능과 전하 수송 능력을 갖추고 있어 실리콘 태양전지를 대체할 기술로 부상하고 있습니다. 특히 가볍고 유연한 소재, 낮은 제조 비용, 고효율 등의 장점으로 많은 연구가 이뤄지고 있습니다.

기존 페로브스카이트 태양전지 연구는 대부분 스핀코팅 기반으로 진행됐으나, 이 방식은 정밀도가 낮고 대면적 확장이 어렵다는 한계가 있었습니다. 반면, 진공 증착 방식은 정교한 공정과 높은 재현성, 대면적 소자 제작에 적합해 산업적 상용화에 더욱 유리하다는 평가를 받습니다.

2. 문제의 핵심: 계면 손실과 확장성 한계

진공 증착 방식으로 제작된 페로브스카이트 태양전지는 여전히 해결해야 할 기술적 과제가 존재합니다. 가장 대표적인 문제는 **계면 손실**입니다. 계면이란 서로 다른 소재 층이 맞닿는 경계 부위로, 이 영역에서 에너지 손실이 발생하면 전체적인 효율과 안정성이 저하됩니다.

또한 소재 간 정렬 불균일성, 전하 수송 저해, 전압 손실 등의 문제가 함께 발생하면서 진공 증착 방식의 효율은 스핀코팅 방식보다 낮은 수준에 머무르고 있었습니다.

3. 고려대–UNIST 공동 연구의 핵심 성과

고려대학교 KU-KIST 융합대학원 박혜성 교수 연구팀과 울산과학기술원(UNIST) 양창덕 교수 연구팀은 위 문제 해결을 위해 **올리고머 기반 신소재**를 개발했습니다. 해당 소재는 ‘트라이아릴아민 테트라머(TAA-tetramer)’로 불리며, 트라이아릴아민(TAA) 단위를 4개 연결한 분자 구조입니다.

이 분자는 **정공수송층(HTL)**에 사용되며, 전하가 효과적으로 이동할 수 있도록 분자 간 정렬을 유도합니다. 특히 진공 증착 조건에서도 우수한 증착성과 고른 분포 특성을 유지하며, 에너지 장벽을 낮추는 데 기여합니다.

이 구조는 다음과 같은 결과를 이끌어냈습니다

- **계면 손실 최소화**: 전하 이동 경로의 에너지 불균형을 줄여 광전자 전환 효율 향상

- **준페르미 준위 분리(QFLS) 개선**: 전하 재결합 억제로 전압 손실 감소

- **전력 변환 효율(PCE)**: 23% 수준 달성 (소형 셀 기준)

- **대면적 소자 및 모듈에서도 성능 유지**: 1cm² 이상의 셀에서도 고효율 구현

- **내열성과 내광성 확보**: 초기 효율 대비 80% 이상 유지, 장기 안정성 확보

 4. 진공 증착 방식의 상용화 가능성 입증

이번 연구는 특히 **전 공정이 진공 증착 기반**으로 이루어졌다는 점에서 의미가 큽니다. 이는 기존 스핀코팅 대비 훨씬 안정적인 공정 관리가 가능하며, 산업적 양산과 기술 확장에 훨씬 유리한 방식입니다.

따라서 해당 기술은 향후 태양전지 시장에서의 **대량 생산 및 상용화에 적합한 기술 플랫폼**으로 자리매김할 가능성이 높습니다.

고려대학교와 UNIST의 이번 공동 연구는 단순한 실험실 수준의 성과를 넘어, 실제 산업에서의 활용성을 염두에 둔 진보된 기술입니다. 특히 계면 안정성과 대면적 확장성이라는 두 가지 핵심 문제를 동시에 해결하며, 페로브스카이트 태양전지 상용화를 위한 중요한 한 걸음을 내디뎠습니다.

지속 가능 에너지 기술에 대한 전 세계적인 수요가 높아지는 지금, 이번 연구는 탄소 중립과 에너지 전환 시대를 이끄는 국내 기술 역량의 진가를 보여준 사례입니다. 앞으로 이 기술이 실제 상용화로 이어지며, 고효율 친환경 태양광 발전의 새로운 기준을 제시할 것으로 기대됩니다.