김준호 인천대 교수팀, 환경친화형 고효율 케스트라이트 박막 태양전지 개발

인천대는 김준호 물리학과 교수 연구팀은 환경친화형 고효율 케스트라이트 CZTSSe 박막 태양전지 제조법을 개발했다고 24일 밝혔다.

케스트라이트 CZTSSe 박막 태양전지는 지구상에 풍부한 구리 (Cu), 아연(Zn), 주석(Sn), 황(S), 셀레늄(Se) 으로 구성된 태양전지로서, CIGS 태양전지를 대체하기 위해 제안됐다. 세계적으로 관련 연구도 활발하다. CZTSSe 박막 태양전지는 저가 소재로 구성돼 있어 저가 대량 생산에 있어 장점이 있다.

하지만, n형 반도체로서 CdS(황화카드뮴)를 사용하기에 실생활에 가까운 거리에서 사용하기에는 Cd의 유해성으로 응용분야에 한계가 있어 왔다.인천대 물리학과 연구팀은 CdS 대신에 환경과 인체에 무해한 (Zn,Sn)O 박막을 이용해서 고효율 CZTSSe 박막 태양전지를 제조하는 방법을 찾아냈다.

(Zn,Sn)O 박막은 에너지 밴드갭이 상대적으로 커서 광흡수층에서의 광전류 생성을 증대시킨다. 하지만 p형인 CZTSSe 광흡수층사이의 에너지 밴드갭 정렬을 위해서는 (Zn,Sn)O 의 Zn와 Sn 의 비율 조정이 필요하다. 한편, 광흡수층 CZTSSe에서 전하재 결합을 일으키는 결함을 제거하기 위해서는 S와 Se의 비율 조정이 최적화돼야 한다.

김준호 교수 연구팀은 최적화 연구를 통해서 광전변환 효율 11 % 를 넘는 환경친화형 고효율 케스트라이트 CZTSSe 태양전지를 구현했다.

관련 연구는 세계적 학술지인 Nano Energy (I.F.=16.602) online판 8월 10 일자에 'Over 11 % efficient eco-friendly kesterite solar cell: effects of S-enriched surface of Cu2ZnSn(S,Se)4 absorber and band gap controlled (Zn,Sn)O buffer'란 제목으로 발표됐다. 온라인으로 진행된 'European PV Solar Energy Conference and Exhibition 2020 (EU PVSEC 2020)' 에서 지난 9일 구두발표로 소개됐다.