아주대 연구팀, GaAs 기반의 유연한 고효율 태양전지 개발 성공

Moon et al. Scientific Reports [사진=아주대 제공]

아주경제 김문기 기자 =아주대학교는 본대학 연구진이 MOCVD(유기금속화학 증착장비)기술을 이용한 고품위의 태양전지 웨이퍼와 새로운 조합의 p-type전극구조 등을 개발해, 갈륨비소(GaAs) 기반의 초경량 고효율 태양전지를 제작하는데 성공했다고 22일 밝혔다.

이재진, 허준석(이상 전자공학과)교수의 공동연구팀이 개발한 이 태양전지 개발성과는 네이쳐(Nature)지에서 발간하는 싸이언티픽리포트(Scientific Reports)에 지난 달말 게재됐다. 이 태양전지는 얇은 필름형태임에도 불구하고 높은 효율과 유연성 그리고 가벼운 무게로 무인항공기 및 휴대용 전자기기 등 상용화에도 유리하다는 것이 연구팀의 설명이다.

유연한 태양전지는 지금까지 대부분 유기 소재를 기반으로 제작됐지만, 저렴한 대신 효율성이 떨어지는 단점 때문에 무기 소재를 활용한 연구가 활발하다. 연구팀은 대표적인 무기 소재로서 신뢰성과 변환효율 등의 장점이 있는 갈륨비소를 활용했다. 연구팀의 유연한 태양전지는 유연한 기판위에 증착되는 금속의 스트레스를 이용한 비교적 간단한 ELO(Epitaxial lift-off) 공정을 이용하였으며 고효율의 n-on-p 구조를 가지고 있다.

n-on-p구조의 유연한 태양전지는 p-type 전극이 공정 중 불산과 같은 식각용액에 녹아버리는 기술적인 어려움이 있었다. 이에 연구팀은 식각용액에 녹지 않으면서도 낮은 저항값을 가지는 새로운 조합의 p-type 전극을 개발하고 이를 태양전지에 성공적으로 적용했다.

MOCVD(유기금속화학 증착장비)에서 성장한 고품질의 태양전지 에피웨이퍼(갈륨비소 기판에 반도체 성질을 가하는 과정)에 새롭게 개발한 p-type 전극을 적용해 유연한 갈륨비소 태양전지를 만든 것이다. 전력변환효율이 22.08%로 세계적 수준이고, 유연성, 경량화에도 강점을 가지고 있다. 공정에서 사용되는 단단한 갈륨비소 기판은 재사용이 가능해 제조비용도 획기적으로 절감할 수 있다.

이 연구관련 논문은 문성현(전자공학과 박사과정) 연구원이 제1저자로 참여했으며, 연구는 한국에너지기술평가원의 에너지기술개발사업 및 교육부의 중점연구소 지원사업과 미래창조과학부의 일반연구자지원사업(신진연구)의 지원을 받아 진행됐다.