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국제공동연구진이 개발한 신개념 페로브스카이트 태양전지의 이미지 - 스탠퍼드대 제공

국제 연구진이 차세대 태양전지로 불리는 ‘페로브스카이트’ 태양전지의 성능을 높일 새로운 기술을 개발했다.

미국 스탠퍼드대 재료과학과 미카엘 맥기히 교수팀은 영국 옥스퍼드대와 공동으로 페로브스카이트 태양전지 2개를 겹쳐 제작하는 방식으로 태양전지의 효율을 20.3%까지 끌어올리는 데 성공하고 그 연구결과를 학술지 ‘사이언스’ 21일자에 발표했다. 태양전지에서 20%는 상용화를 위해 넘어야 할 ‘마(魔)의 효율’로 불린다.

태양전지에 태양광이 도달하면 내부 전자의 에너지가 높아지면서 자유롭게 이동할 수 있는 자유전자가 된다. 이 자유전자의 흐름이 바로 전류. 전자가 자유전자가 되는 에너지의 크기를 ‘밴드 갭(Band Gap)’이라고 부른다.

밴드 갭은 태양전지의 성능을 결정짓는 핵심 요소다. 밴드 갭이 작으면 가시광선부터 적외선에 이르기까지 다양한 파장의 빛을 흡수할 수 있지만 전압 생산 효율이 떨어진다. 반면 밴드 갭이 크면 전압 생산 효율이 높아지는 대신 흡수할 수 있는 빛의 종류가 적어진다.

연구진은 밴드 갭이 서로 다른 2개의 페로브스카이트 태양전지를 결합해 이 문제를 해결했다. 두 가지 태양전지의 장점을 두루 갖춰 흡수할 수 있고, 전압생산 효율도 높아졌다.

맥기히 교수는 “이렇게 제작한 전지는 그동안 다른 태양 전지로는 흡수하지 못했던 적외선만을 이용해 14.8%를 전기 생산에 사용한다는 것을 확인했다”며 “앞으로 효율 30%가 넘는 태양전지를 개발할 가능성을 발견했다”고 말했다.

권예슬 기자 yskwon@donga.com