(시안, 중국 2023년 5월 29일 PRNewswire=연합뉴스) 태양광 에너지는 가장 저렴하고 접급성이 좋은 에너지다. 이제 태양광 에너지는 그 어느 때보다 효율적인 에너지가 될 전망이다. 중국의 태양광 기술 회사 LONGi Green Energy Technology Co., Ltd.의 과학자들은 전 세계가 재생에너지로 전환하는 과정에서 게임 체인저가 될 수 있는 새로운 유형의 태양전지를 개발했다. 새로운 태양전지는 기존의 모든 태양전지 중 95%와 동일한 재료로 만들어졌지만, 26.81%의 효율을 보이며 훨씬 더 뛰어난 성능을 발휘한다. 이 혁신적인 기술은 에너지 전환에서 태양전지의 중요한 역할을 더욱 강화한다. 이러한 연구 결과는 Nature Energy(5월 4일)에 게재됐다.
개선의 열쇠
이 획기적인 기술에 대한 보고서는 최고 품질의 태양전지를 생산하는 세계적인 선두주자 중 하나인 LONGi와 중산대학교(SYSU) 및 델프트 공과대학교(TU Delft) 간의 국제적인 협력이 만들어낸 결과물이다. 연구팀은 훨씬 개선된 '나노결정질 실리콘 정공 접촉층(Nanocrystalline-silicon hole contact layer)'을 이용해 태양전지의 설계를 최적화했다. 이러한 새로운 층은 상당히 오랫동안 이론적 가능성이 있는 것으로 알려졌지만, 성공적으로 실행되지는 못했다.
강력한 도약
새로운 층은 훨씬 더 적은 저항으로 전기를 전달할 수 있으며, 결정질 실리콘으로 제작된 다른 유형의 태양전지보다 높은 전력 변환 효율을 제공한다. LONGi의 연구원들은 표준 산업용 실리콘 웨이퍼에 이 새로운 기술을 개발함으로써, 이 기술을 태양광 패널 생산에 거의 즉각적으로 적용할 수 있도록 했다. 이 기술이 적용된 태양전지는 이전 기술과 비교해 단위당 1.5%의 변환 효율이라는 향상된 성능을 제공하며 절대적인 도약을 나타낸다. LONGi Central R&D Institute의 부사장 Xixiang Xu는 "이 기술을 적용한 태양전지는 현재까지 전 세계적으로 95% 이상을 차지하는 다른 모든 결정질 실리콘으로 제작된 태양전지 구조 성능을 능가한다"고 설명했다.
기존의 표면 패시베이션을 서다
SYSU의 과학자들은 새로운 층을 통한 정확한 전기 흐름을 분석 및 연구하는 데 중요한 역할을 했다. 연구팀은 그러한 층이 있는 태양전지와 그렇지 않은 태양전지를 비교했는데, 새로운 층이 올바른 위치에 배치되면 낮은 활성화 에너지를 갖기 때문에 새로운 층이 있는 태양전지가 전기를 더 잘 전도한다는 사실을 발견했다. 그들은 고도로 패시베이션(부동태화)된 실리콘 헤테로 접합 태양전지에서 표면 재결합이 감소함에 따라 벌크 오거 공정(Bulk Auger process)이 점차 주도적인 역할을 한다는 점을 밝혔다. 다시 말해, 달성된 표면 패시베이션의 품질이 매우 높아 충전율(Fill factor) 및 전력 변환 효율이 향상될 수 있다는 것이다. SYSU의 Pingqi Gao 교수는 "활성화 에너지가 낮은 실리콘 정공 접촉층에 대한 연구는 매우 시의적절하고 중요한 것"이라며 "이 연구는 헤테로 접합, 하이브리드 및 모든 실리콘 기반 태양전지에 유용한 정공 접촉의 전기적 성능을 탐구하는 데 있어 큰 진전을 시사한다"고 전했다. 이러한 태양전지 구조의 시연은 더 효율적인 태양광 모듈의 배치를 통해 에너지 전환을 크게 가속화할 것으로 기대된다.
물리적 반도체에 대한 확고한 믿음
TU Delft의 연구원들이 수행한 고급 모델링은 혁신을 실현하는 데 중추적인 역할을 했다. 연구팀은 새로운 모델을 사용해 LONGi 태양전지의 후면 접합부를 형성하는 인터페이스 전체에 걸쳐 에너지 장벽을 자세히 설명했다. 연구팀은 이러한 방식으로 인터페이스를 가로지르는 정공의 수집 경로를 분석해 이 장치의 뛰어난 성능을 설명했다. TU Delft의 박사 후 연구원인 Paul Procel은 "이러한 유형의 태양전지에서 이상적인 정공 수송을 달성하기 위해 이론적으로 정공-접촉층의 재료 특성에 대한 최상의 조합으로 예측한 바를 실제 및 대규모 장치에서 목격하게 된 것은 매우 대단한 일"이라고 말했다. TU Delft의 Olindo Isabella 교수는 "LONGi가 광전기 특성을 미세하게 제어하는 초박막 증착 기술을 달성한 것은 매우 놀라운 일"이라며 "LONGi의 태양전지를 모델링함으로써 이상적인 결정질 실리콘 장치에 대한 한계를 더욱 넓힐 수 있을 것"이라고 덧붙였다.
SYSU 소개
중산대학교(Sun Yat-sen University)는 중국 광동성 광저우에 위치한 중국의 핵심 공공 연구 대학이다. 이 대학은 1924년 혁명가이자 중화민국의 건국자인 쑨원이 설립했고, 그의 호를 따서 학교 이름이 지어졌다. 중산대학교는 광저우, 주하이, 선전의 3개 도시에 5개의 캠퍼스와 10개의 부속 병원을 두고 있다. 중산대학교는 중국의 주요 연구 대학을 위한 쌍일류대학교(Double First Class University Plan)이며, 985공정 및 211공정 소속이다. 2018년 11월 Pingqi Gao 교수는 선전캠퍼스 소재학부(School of Materials) 내에 지속가능한 광전자 기술 그룹을 조직했다. 이 그룹은 고성능 광전지 장치, 고효율 및 저비용 태양전지 기술, 지속 가능한 태양광 발전을 위한 핵심 소재, 혁신적인 광전자 소재, 장치 및 시스템 등을 주제로 연구를 진행한다.
TU Delft 소개
델프트 공과대학(Delft University of Technology)은 QS World University Rankings가 선정한 세계 최고의 공학 및 기술대학교 순위에서 10위를 차지했다. TU Delft는 네덜란드에서 가장 오래되고 가장 큰 기술 대학으로, 8개의 학부를 보유한 최고의 교육 및 연구 기관이다. 이곳에서는 2만6천 명 이상의 학생과 6천 명의 직원이 과학, 디자인 및 기술 분야에 전념하고 있다. 전기 공학, 수학 및 컴퓨터과학 학부 내에서 Olindo Isabella 교수가 이끄는 광전지 재료 및 장치(PVMD) 그룹은 고급 특성화 및 모델링을 사용해 태양전지 장치 및 모듈 물리학에 대한 깊은 이해를 바탕으로 혁신적인 태양전지, 모듈 및 고효율 시스템을 설계하고 제조하는 데 주력하고 있다.
LONGi 소개
2000년에 설립된 LONGi는 에너지 변혁을 위해 고객 중심의 가치 창출에 집중하며, 세계 선도적인 태양광 기술 기업으로 성장하는 데 전념하고 있다. LONGi는 '그린 월드를 만들기 위해 태양 에너지를 최대한 활용한다(Making the best of solar energy to build a green world)'는 사명에 따라 기술 혁신에 전념하고, 단결정 실리콘 웨이퍼, 셀과 모듈, 발전 및 상업·가정용 태양광 솔루션, 그린 에너지 솔루션, 수소 장비를 아우르는 다섯 개의 사업 부문을 확립했다. LONGi는 그린 에너지를 제공하는 역량을 갈고닦았으며, 최근에는 글로벌 탄소 감축을 이행하고자 그린 수소 제품과 솔루션을 사용하고 있다. www.longi.com
