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고효율 페로브스카이트-실리콘 탠덤 태양전지 개발
신소재공학과 신병하 교수 연구팀 주도의 공동 연구팀(서울대학교 김진영 교수, 세종대학교 김동회 교수, 미국 국립재생에너지 연구소 Kai Zhu 박사, 노스웨스턴 대학 정희준 박사)이 큰 밴드갭의 페로스카이트 물질을 개발하고 이를 적용해, 26.7%의 광 변환 효율을 갖는 고효율 페로브스카이트-실리콘 탠덤(tandem) 태양전지를 구현했다.
이번 연구는 과거 불안정하다고 알려진 큰 밴드갭 유무기 하이브리드 페로브스카이트 물질(Organic-Inoraganic Hybrid Perovskite)의 안정화 및 고효율화하는 기술을 개발함과 동시에, 이를 실리콘 태양전지와 적층해 고효율 탠덤 태양전지를 개발했다는 점에서 향후 30% 이상의 초고효율 태양전지 개발에 이바지할 수 있을 것으로 기대된다.
신병하 교수가 교신저자로, 김대한 박사과정이 1 저자로 참여한 이번 연구결과는 국제 학술지 ‘사이언스(Science)’ 3월 26일 자 온라인판에 게재됐다.(논문명: Efficient, stable silicon tandem cells enabled by anion-engineered wide bandgap perovskites)
기존의 단일 태양전지로는 약 30% 초반의 한계효율을 넘을 수 없다는 쇼클리-콰이저(Shockley-Queisser) 이론이 존재한다. 이에 단일 태양전지 효율의 한계를 극복하기 위해 연구자들이 2개 이상의 태양전지를 적층 형태로 연결하는 기술인 탠덤 태양전지 개발을 위해서 노력하고 있다.
하지만 탠덤 태양전지의 상부 셀(cell)로 적합한 큰 밴드갭의 페로브스카이트는 빛, 수분, 산소 등의 외부 환경에 민감하게 반응하는 낮은 안정성 때문에 고품질의 소자를 합성할 수 없다는 한계가 존재했다.
연구팀은 새로운 음이온을 포함한 첨가제를 도입해 페로브스카이트 박막 내부에 형성되는 2차원 안정화 층(passivation layer)의 전기적·구조적 특성을 조절할 수 있다는 것을 밝혔고, 이를 통해 최고 수준의 큰 밴드 갭 태양전지 소자를 제작했다. 공동 연구팀은 더 나아가 개발한 페로브스카이트 물질을 상용화된 기술인 실리콘 태양전지에 적층해 탠덤 태양전지를 제작하는 데 성공했고, 최고 수준인 26.7%의 광 변환 효율을 달성했다.
연구팀의 기술은 향후 첨가제 도입법을 통한 반도체 소재의 2차원 안정화 기법에 대한 방향을 제시할 수 있으며, 유무기 하이브리드 페로브스카이트 물질을 이용한 태양전지, 발광 다이오드, 광 검출기와 같은 광전자 소자 분야에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.
신병하 교수는 “페로브스카이트 태양전지 기술은 지난 10년간 눈부신 발전을 이뤄, 이제는 상용화를 고민해야 하는 시기이다. 실리콘 태양전지와의 이종 접합 구조를 통한 고효율 달성은 페로브스카이트 태양전지 기술의 상용화를 앞당기는 데 도움이 될 것이다”라며 “연구결과는 향후 30% 이상의 초고율 탠덤 태양전지 구현에 초석이 될 것이다”라고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단 나노소재기술개발사업, 중견연구자지원사업, 산업통상자원부(MOTIE)와 한국에너지기술평가원(KETEP) 에너지기술개발사업, 알키미스트 프로젝트, BK21 사업의 지원을 통해 수행됐다.
2020.03.30 조회수 16655 -
김원준 교수, 산업미래전략 연구센터 유치
〈 김 원 준 교수 〉
우리 대학 기술경영학부 김원준 교수가 MIT, 스탠퍼드 대학, 듀크 대학, 노스웨스턴 대학 교수들과 공동으로 4차 산업혁명 관련 대형연구센터인 산업미래전략 연구센터를 유치했다.
‘산업미래전략 연구센터(CIFS, Center for Industrial Future Strategy)’는 한국연구재단이 시행하는 인문사회분야 SSK (Social Science Korea) 대형연구센터 지원 사업에 선정돼 4년에 걸쳐 22.5억을 진행받으며 사업을 진행할 예정이다.
김원준 교수가 책임교수를 맡고 물리학과 정하웅 교수, MIT의 Scott Stern 교수, 듀크 대학의 Aaron Chatterji 교수, 스탠퍼드 대학의 이영석 박사, 노스웨스턴 대학의 윤혜진 교수 등 국내외 우수 연구자들 10명과 전임연구원 4명으로 구성된다.
‘산업미래전략 연구센터(CIFS)’는 특히 4차 산업혁명을 포함한 새로운 기술혁신 패러다임에 의한 기술·사회·경제적 변화를 연구해 새 기술혁신 패러다임으로 인해 변화할 미래 산업사회를 연구한다.
또한 새로운 기술혁신 패러다임 하에서 지속가능한 경제 성장을 이루기 위한 정부와 기업의 혁신 관련 정책과 전략을 연구하며, 나아가 새로운 기술혁신 패러다임 하에서 지속 가능한 글로벌 혁신생태계를 위한 다양한 산업 및 경제 전략적, 정책적 방안을 제시한다.
이를 위해서 ‘산업미래전략 연구센터(CIFS)’는 노벨 경제학상 수상자가 다수 소속되어 있는 미국 대표 경제연구소인 NBER (National Burau of Economic Research)과 매년 주제 관련 국제학회(AIEA-NBER Conference)를 확대 운영하고, MIT, 스탠퍼드 대학, 듀크 대학, 노스웨스턴 대학 등과 주제별 연구팀을 구성해 보다 긴밀한 연구협력을 진행할 예정이다.
그 밖에도 ADB (Asian Development Bank), AIDB (Inter-American Development Bank) 등을 비롯한 국제기구와도 긴밀한 협력을 확대하여 새로운 기술혁신 패러다임 하에서 지속가능한 글로벌 혁신생태계 구축의 중추적인 역할을 구축해 나갈 계획이다.
구체적인 연구 내용의 예로는 ▲ 새로운 기술혁신 패러다임으로 인한 글로벌 가치사슬의 변화와 대응방안 연구 ▲ 4차 산업혁명으로 인한 노동시장의 변화와 대응방안 연구 ▲ 공유경제의 확산과 사회적 이해관계의 변화 및 대응방안 연구 ▲ 빅데이터와 인공지능, 그리고 개인정보보호 제도 및 대응방안 연구 ▲ 인공지능기술의 혁신과 윤리 및 제도적 대응방안 연구 등이 있다.
연구책임자인 기술경영학부 김원준 교수는 “4차 산업혁명을 포함한 새로운 기술혁신 패러다임은 연구개발, 산업, 기술, 노동, 금융, 제도 등 우리 사회의 사회, 경제, 산업 구조를 크게 변화시키고 있다”며 “산업미래전략 연구센터(CIFS)를 통해서 이러한 커다란 변화에 대응해 한국과 글로벌 사회가 나아가야 할 정책적, 전략적 방향을 제시하는데 기여하겠다”고 말했다.
2018.09.06 조회수 11911