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'광전변환효율'통합검색 결과 입니다. (3건)

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GIST, 페로브스카이트 태양전지 세계 최초 상용화 나선다

세계 최초로 페로브스카이트 태양전지 상용화가 추진된다. 오는 2030년 시장진입이 목표다. 이광희 광주과학기술원(GIST) 전략연구사업단장(신소재공학과 교수)은 울산과학기술원(UNIST)과 한국생산기술연구원, 한국전력공사 전력연구원 등이 참여하는 페로브스카이트 태양전지 상용화에 착수했다고 10일 밝혔다. 사업은 오는 2030년까지 총 437억원을 투입한다. 5년 뒤면 과학기술계가 10년 이상 매달려왔던 페로브스카이트 태양전지를 일상에서 쓸 기틀을 마련하게 된다. 이광희 단장은 "페로브스카이트 태양전지 상용화를 위한 핵심 기반 기술 확보를 목표로 고효율 소재·소자 기술과 대면적 모듈 제조공정, 신뢰성 검증 및 옥외 실증을 완료할 것"이라고 말했다. 이 단장은 이와함께 "산·학·연·관으로 구성된 상용화 협의체를 구성해 기술 개발 단계부터 기업 수요, 인증·표준, 양산 공정 및 사업화 전략을 연계하고, 연구성과가 실제 제품화로 이어질 수 있는 상용화 플랫폼을 마련할 계획"이라고 설명했다. 사업단은 2030년 이후 0.72 m²급 대면적 모듈 제조 기술과 협의체를 기반으로 파일럿 양산, 기술이전 및 초기 시장 진입을 추진할 계획이다. 향후 이를 BIPV(건물일체형 태양과)·모빌리티·유연 전자기기 등 다양한 응용 분야로 확대한다. 기술 개발 목표도 구체적으로 제시했다. 광전변환효율이 최종 단일접합 모듈 23% 이상, 탠덤 모듈 30% 이상, 유연 모듈 20% 이상, 투광 모듈 광 이용 효율(LUE) 4.0% 이상이다. 일반적으로 페로브스카이트 광전변환효율(PCE)은 단일접합 기준 연구실의 경우 약 27%, 실리콘-페로브스카이트 탠덤 태양전지는 30~34% 효율을 보이고 있다. 그러나 이는 모두 실험실 레벨이고, 서브 크기다. 상용화를 위해선 대면적 모듈 제작이 필수. 연구 실무를 책임지고 있는 강홍규 차세대에너지연구소 부소장은 "국내에서는 세계 최고 수준의 소재·소자 기술을 기반으로 높은 광전변환효율을 달성하고 있으나, 현재까지는 주로 소면적 셀 및 200cm²급 모듈 연구 중심으로 진행돼 대면적화, 장기 신뢰성, 양산 공정 기술 확보가 필요한 상황"이라고 언급했다. 중국·유럽·일본 등 해외 주요 기관 및 기업의 경우는 대면적 모듈 제작, 파일럿 생산라인 구축, 실증 단계로 빠르게 전환하고 있어, 글로벌 시장 선점을 위해 국내 원천기술을 m²급 상용 모듈 제조 기술로 연결하는 전략적 개발이 절실하다는 것. GIST는 강점으로 페로브스카이트 소재·소자 원천기술뿐만 아니라, 연구실 수준의 고효율 셀을 실제 산업 적용이 가능한 대면적 모듈로 전환할 수 있는 프린팅 공정, 레이저 패터닝, 봉지 및 모듈 설계 기술을 꼽았다. 특히 롤투롤(R2R) 기반 연속 생산 공정, 유연·투광형 모듈 제작, 셀-투-모듈 손실 최소화 기술 등 소재–공정–모듈–실증으로 이어지는 상용화 전주기 기술 역량을 확보하고 있다. 이와함께 소재 합성, 소자 물리, 대면적 공정, 신뢰성 평가 등 다양한 분야 전문 교수진과 연구 인프라를 기반으로 체계적인 융합 연구 및 차세대 태양광 전문 인력 양성 체계를 구축한 점도 GIST만의 강점이다. 강홍규 부소장은 "7200㎠ 수준으로 페로브스카이트 모듈 크기를 키우는 것이 사업단 핵심 목표 가운데 하나"라고 강조했다. 사업단은 2030년 이후에는 확보된 0.72 m²급 대면적 모듈 제조 기술과 협의체 기반의 산업 연계를 통해 파일럿 양산, 기술이전 및 초기 시장 진입을 추진할 계획이다. 사업단은또 소재·공정·장비·모듈·인증으로 이어지는 국내 태양광 산업 밸류체인을 구축하고, 해외 중심의 태양광 공급망 의존도를 낮춰 국가 에너지 안보 강화 및 차세대 태양광 기술 주도권 확보에 기여할 것으로 기대했다. 이 단장은 "기존 발전소 중심의 태양광 적용 영역을 건물, 차량, 전자기기 등 다양한 생활 공간으로 확대하는 미래형 에너지 생산 플랫폼 구축하게 될 것"이라며 "신규 태양광 시장 창출이 가능하다"고 말했다. 한편 전략연구사업단은 지난 7일 GIST에서 '2026 세계 최초 페로브스카이트 태양전지 상용화 전략연구사업단' 연구 워크숍'을 개최했다.

2026.07.10 08:00박희범 기자

휴대폰에 배터리 사라질까…UNIST, 고효율 유기태양전지 공개

빛을 전기로 바꾸는 효율이 10%가 넘는 반투명 유기태양전지가 개발됐다. 향후 상용화 과정을 거치면, 창문이나 모바일 기기 화면에 이를 붙여 전기 생산도 가능해질 전망이다. UNIST는 에너지화학공학과 양창덕 교수팀이 10.81% 광전변환효율과 45.43% 가시광선 투과율을 기록한 반투명 유기태양전지를 공개했다고 15일 밝혔다. 이 태양전지는 적외선만을 선택적으로 흡수하도록 설계했다. 고성능 광활성층을 입혀 광에너지 흡수율을 최대한 높였다. 광활성층은 태양광 중 우리 눈에 보이는 가시광선 대역은 절반 가까이 통과시키고, 보이지 않는 적외선 대역을 흡수해 전기를 만든다. 적외선을 흡수해 발전하면 고에너지 가시광선을 흡수하는 것보다 광전변환효율이 낮아지기 마련인데, 광활성층의 수용체 분자 구조를 새롭게 설계해 이 문제를 해결했다. 유기태양전지의 광활성층은 전자를 주는 '공여체'와 전자를 받는 '수용체' 분자로 구성된다. 연구팀이 합성한 '4FY' 수용체 분자는 전체적으로는 A–D–A 구조의 대칭형이지만, 불소와 수소, 불소와 황 사이에서 발생하는 국소적인 비대칭적 상호작용이 일어나도록 설계됐다. 이러한 분자 구조는 분자 간 정렬도를 개선하고, 전하 이동 경로를 확보해 전지 효율을 높인다. 제1저자인 양상진 연구원은 “비대칭성은 전지 효율을 높이지만 수명이 짧고 합성이 어려운 문제가 있는데, 분자 구조 내에 국소적인 비대칭성을 유발해 대칭성과 비대칭성의 장점을 모두 살린 분자 구조”라고 설명했다. 이 전지는 주야간 조건을 반복하는 실외 환경을 모사해 총 134시간 동안 '다이얼 사이클(일주기) 안정성 테스트'를 수행했을 때 초기 성능의 대부분을 유지하며 높은 내구성을 입증했다. 이는 기존 Y6 수용체 분자 기반 반투명 태양전지 대비 수명이 약 17배 향상됐다. 양창덕 교수는 “눈에 보이지 않는 빛으로 전기를 만드는 새로운 방식의 태양전지를 제시한 것”이라며, “스마트폰 보호필름, 건물 유리창, 투명 디스플레이 등 다양한 환경에서 '보이지 않는 발전소'를 개발하는 데 도움이 될 것”이라고 말했다. 연구 결과는 국제학술지 앙게반테케미(Angewandte Chemie International Edition) 6월 10일자에 게재됐다. 과학기술정보통신부 한국연구재단, 산업통상자원부 한국에너지기술평가원 등의 지원을 받아 연구를 진행했다.

2025.06.15 09:55박희범 기자

효율 손실 최소화한 고효율 차세대 태양광 기반기술 나와

건국대학교는 화학공학부 문두경 교수 연구팀이 유기 태양전지(OSC) 모듈에서 발생하는 효율 저하 문제를 해결할 수 있는 혁신적인 기술을 개발했다고 12일 밝혔다. 연구 결과는 세계적 권위의 학술지 'ACS Applied Materials & Interfaces' 1월호에 게재됐다. 유기 태양전지는 가볍고 유연하고 대량 생산이 가능해 차세대 태양광 발전 기술로 주목받고 있지만 소형 단위셀에서는 높은 효율을 기록하는 반면에 대면적 모듈로 확장하면 효율이 급격히 감소하는 문제가 있다. 연구팀은 전하 수송 경로의 불균일성과 박막 형성의 비균질성, 저항 증가 및 재결합 손실 등의 기술적 한계 때문에 효율이 저하돼 유기 태양전지의 상업화를 가로막는 대표적인 문제로 지적되고 있다고 전했다. 연구팀은 광활성층의 사전 응집 제어 기법을 활용해 고분자 사슬 얽힘 효과를 유도하는 방식을 적용해 균일한 박막 구조를 형성하고 전하 이동 경로를 최적화하는 데 성공했다. 그 결과, 단위셀(0.04cm²)에서 광전변환효율(PCE) 17.82%를 기록했고 대면적 모듈(30.24cm²)에서도 13.49%의 높은 효율을 달성했다. 대면적 모듈에서 필연적으로 발생하는 셀-투-모듈(CTM) 효율 손실이 기존 26.3%에서 24.3%로 감소하는 성과를 거뒀다. 문두경 교수 연구팀은 “유기 태양전지를 상용화하려면 대면적 공정에서도 높은 효율을 유지하는 것이 필수적”이라며 “이번 연구에서 개발한 사전 응집 제어 기법을 활용하면 유기 태양전지 모듈에서 발생하는 대표적인 문제인 저항 증가와 비균질한 박막 형성 문제를 해소할 수 있다”고 설명했다. 연구팀 관계자는 “이번 연구에서 대면적 유기 태양전지 모듈에서 필연적으로 발생하는 효율 저하 문제를 해결하는 실질적인 접근법을 제시했다”며 “앞으로 롤투롤(Roll-to-Roll) 프린팅 등 대량 생산 공정과 결합해 상용화 가능성을 더욱 높일 것”으로 기대했다. 연구에는 건국대 화학공학부 김예찬 박사과정생이 제1저자로, 전성재 박사, 한용운 박사, 양남규 박사과정생, 김지연 박사과정생이 공동 참여했다. 과학기술정보통신부의 공공연구성과 가치창출 기술키움 사업, 산업통상자원부의 에너지인력양성 사업의 지원을 받았다.

2025.02.12 18:12주문정 기자

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