※ 사진설명 : 초박막 스티커형 반사 방지 필름 및 태양전지 효과

태양전지 효율 향상 위한 초박막 스티커형 반사 방지 필름 개발 

공과대학 기계공학부 강성민 교수, 최지성 연구원과 서울대 최만수 교수팀이 기존의 반사방지 필름과 차별되는 초박막 스티커형 반사 방지 필름을 공동 개발했다. 

이번 공동 연구 결과는 국제 저명 학술지 ‘Advanced Energy Materials’(IF: 29.698)에 7월 19일자 온라인으로 게재됐다.(논문 제목: Optically and Mechanically Engineered Anti-Reflective Film for Highly Efficient Rigid and Flexible Perovskite Solar Cells)

최근 기후위기, 탄소중립이 세계적인 이슈로 떠오른 가운데, 페로브스카이트 태양전지는 현재 가장 많이 사용되고 있는 실리콘 태양전지를 대체할 가장 유력한 차세대 후보로 여겨지며 활발한 연구가 진행 중이다.

특히, 페로브스카이트 태양전지로 들어가는 빛의 양을 늘림으로써 소자의 전력 변환 효율을 향상시킬 수 있는 가장 쉽고 효과적인 방법으로 반사 방지 기술이 주목받고 있다. 하지만 기존의 반사 방지 필름은 반사 감소 효율에 비해 높은 물리적 강성으로 인해 유연한 태양전지에 적용하는 데는 한계가 있다.

이에 연구팀은 반사는 빛이 들어올 때 물질의 굴절률의 차이가 크면 많이 발생한다는 점을 착안해 굴절률이 낮은 고분자와 모스아이 나노 구조를 적용함으로써 반사를 효과적으로 방지하고, 많은 양의 빛을 태양전지 안으로 넣을 수 있게끔 고안했다.

연구팀이 위 방법을 통해 개발한 초박막 스티커형 반사 방지 필름을 페로브스카이트 태양전지(유리 기판 소자)에 적용한 결과 태양전지의 최대 전류 밀도는 26.63 mA/cm2(기존 대비 3.8%)까지 증가했다. 또, 전력 변환 효율은 24.31% (기존 대비 5.5%)까지 향상됐다. 

이뿐만 아니라 연구팀의 반사 방지 필름은 20 마이크로미터의 초박막 두께를 가지고 있음은 물론, 강성도 낮아 태양전지 기판에 손쉽게 탈/부착이 가능하며 유연 소자의 휨에도 잘 견딜 수 있다. 

연구팀의 기술을 페로브스카이트 태양전지(유연 소자)에 적용 시, 극단적인 휨에도 기계적 안정성을 유지하면서 전력 변환 효율 역시 최대 20.05%(기존 대비 6.4%)까지 효과적으로 향상시킨 점을 확인했다.

강성민 교수는 “이는 현존하는 반사 방지 필름 연구 중 광학적으로나 기계적으로 가장 우수한 결과”라며, “새롭게 개발된 필름은 페로브스카이트 태양전지뿐만 아니라 실리콘 태양전지, LED, 카메라 렌즈, 스마트 디스플레이 등 빛을 이용하거나 반사 방지가 필요한 광학용 제품 및 디바이스에 유용하게 적용할 수 있을 것”이라고 전망했다.