전남대 허재영 교수팀, 차세대 칼코게나이드 태양전지 계면 제어 기술 개발

전남대학교 연구진이 친환경 소재로 주목받아온 황화주석(SnS) 태양전지의 최대 약점이었던 효율 한계를 계면 제어 기술로 극복하며, 상용화 가능성을 한 단계 끌어올렸다.

23일 전남대에 따르면 공과대학 신소재공학과 허재영 교수 연구팀이 친환경 박막태양전지 소재인 황화주석(SnS)의 성능 한계를 극복할 수 있는 계면공학 기술을 개발했다.

황화주석은 지구상에 풍부하고 독성이 없는 원소로 구성된 차세대 박막태양전지용 광흡수층 소재로 주목받고 있으나, 계면에서의 전하 재결합과 불완전한 접합 특성으로 인해 소자 효율 향상에 큰 제약이 있었다.

특히 유리 기판으로부터 확산되는 알칼리 금속과 계면 결함은 주요 성능 저하 요인으로 지적되어 왔다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 원자층증착(ALD) 기반 ZnSnO 버퍼층과 함께, 초박막 ZnS 패시베이션층 및 CdSO4 습식 처리를 결합한 ‘순차적 계면 제어’ 전략을 제시했다.

이 접근법은 계면 결함 상태를 효과적으로 억제하고, 나트륨(Na) 확산을 제어하며, 접합의 균일성을 향상시키는 데 핵심적인 역할을 한다.

그 결과, 계면 재결합이 효과적으로 억제되고 전하 수송 특성이 개선되면서 소자 성능이 크게 향상됐다.

특히, 본 연구에서는 황화주석 박막태양전지 분야에서 세계 최고 공인 효율인 4.938%를 달성하여 의미 있는 성과를 거뒀다.

또한, 해당 계면 제어 전략은 CZTSSe 기반 태양전지에도 성공적으로 적용되어, 다양한 칼코게나이드 광흡수층에 범용적으로 활용 가능한 기술임을 입증했다.

이는 친환경·무독성 기반 차세대 태양전지 기술의 상용화 가능성을 한층 높이는 성과로 평가된다.

본 연구는 조재유 박사(현 원익IPS), Manjunath Vishesh 박사, 김용태 박사과정생이 공동 제1저자로 참여했으며, 화학공학 분야 국제학술지 Chemical Engineering Journal (IF 13.2, JCR 상위 3%)에 5월 1일자로 게재됐다.

본 연구는 과학기술정보통신부가 지원하는 중견연구자지원사업과 교육부가 지원하는 이공분야 대학중점연구소사업을 통해 수행됐다.