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[IT뉴스]韓 연구팀, 고효율 실리콘 태양전지 결함 형태 첫 규명

온카뱅크관리자

2025-11-20 13:47:31

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 <img alt="연구진이 제작된 실리콘 이종접합 태양전지의 품질을 검사하고 있다. 에너지연 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202511/20/dongascience/20251120133951560mubj.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="byBlgbTsec" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202511/20/dongascience/20251120133951560mubj.jpg" width="658">
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 연구진이 제작된 실리콘 이종접합 태양전지의 품질을 검사하고 있다. 에너지연 제공
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 국내 연구팀이 서로 다른 형태의 실리콘을 접합해 만든 고효율 태양전지의 결함 형태가 두 가지라는 사실을 처음으로 규명했다. 태양전지 효율 저하의 원인인 결함을 억제하는 기술로 확장해 탠덤·페로브스카이트 등 차세대 태양전지 효율 향상에도 기여할 것으로 기대된다.
 한국에너지기술연구원은 송희은 태양광연구단 책임연구원팀이 김가현 충북대 물리학과 교수팀과 공동으로 실리콘 이종접합 태양전지(SHJ)에서 나타나는 결함 형태를 처음으로 규명했다고 20일 밝혔다. 연구결과는 7월 23일(현지시간) 국제학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈'에 공개됐다.
 태양전지에서 발생하는 다양한 결함은 빛이 전기에너지로 변환되는 효율을 감소시킨다. 표면을 코팅해 결함을 제어하는 '패시베이션' 기술 개발이 활발하지만 태양전지의 종류마다 발생하는 결함의 형태와 특성을 이해하는 것이 과제다.
 기존 결함 분석법인 심층준위과도분광(DLTS)은 태양전지에 순간적으로 전압을 가해 일시적으로 성질을 변화시키고 소자가 정상으로 돌아올 때까지의 반응(과도응답)을 측정해 결함을 파악한다. 기존에는 전압을 가한 후 정상으로 돌아오기까지의 시간이 밀리초(ms, 1000분의 1초) 수준으로 매우 짧아 전체 과도응답을 관찰하기 어려웠다.
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 <img alt="연구진이 실리콘 이종접합 태양전지의 결함을 분석하고 있다. 에너지연 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202511/20/dongascience/20251120133952825ggfj.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="K9cP0sMVLA" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202511/20/dongascience/20251120133952825ggfj.jpg" width="658">
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 연구진이 실리콘 이종접합 태양전지의 결함을 분석하고 있다. 에너지연 제공
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 기존 방식은 단순한 소자 분석에는 적합하지만 실리콘 이종접합 태양전지나 탠덤 태양전지처럼 결함이 복합적으로 나타나는 소자를 분석할 때 한계가 있다.
 실리콘 이종접합 태양전지는 원자가 규칙적으로 배열된 결정질 실리콘층과 불규칙적으로 배열된 비정질 실리콘층을 접합해 만든 태양전지로 실리콘 태양전지 중 효율이 가장 높은 것으로 평가된다. 탠덤 태양전지는 페로브스카이트와 실리콘을 쌓아 만든 차세대 태양전지다.
 연구팀은 기존 분석 방식을 고도화하고 태양전지에서 발생하는 과도응답 전체 과정을 정밀 분석해 그동안 한 종류로 가정됐던 실리콘 이종접합 태양전지의 핵심 결함이 두 가지 결함의 중첩 형태라는 사실을 처음으로 밝혀냈다.
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 <img alt="실리콘 이종접합 태양전지 단면과 연구진이 확인한 결함의 두 가지 형태. 에너지연 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202511/20/dongascience/20251120133954133bzpt.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="9O2ZrQtWJj" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202511/20/dongascience/20251120133954133bzpt.jpg" width="658">
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 실리콘 이종접합 태양전지 단면과 연구진이 확인한 결함의 두 가지 형태. 에너지연 제공
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 연구팀은 결함을 발생 위치와 결함 영역 원자의 결합 상태 등이 다른 '깊은 결함', '얕은 결함'으로 구분했다. 태양전지 제조 공정과 소자 구동에 따라 원자 간 결합 상태가 변하며 태양전지에 포함된 수소가 결함 상태 변화의 핵심 요인으로 작용한다는 것을 실험으로 증명했다. 결함의 양보다는 형태와 변환 과정을 중심으로 패시베이션 전략을 짜야 한다는 것이다.
 송 책임연구원은 "고효율 실리콘 이종접합 태양전지 개발을 가속화하고 에너지연의 독자 기술을 이용해 세계 최고 수준의 적층형 태양전지를 구현할 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다.
 김 교수는 "이번 연구를 통해 결함과 패시베이션의 관계를 근본적으로 이해할 수 있다"며 "개발된 분석 방식을 태양전지뿐 아니라 센서, 발광다이오드(LED) 및 상보성금속산화막반도체(CMOS) 소자 등 다양한 반도체·디스플레이 응용 분야로 확장할 수 있을 것"이라고 말했다.
 &lt;참고 자료&gt; - doi.org/10.1002/adfm.202508814
 [이병구 기자 2bottle9@donga.com]
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