'탠덤 태양전지' 완결성 높이는 기술 나왔다

한국에너지기술연구원 연구진이 차세대 태양전지인 ‘탠덤 태양전지’의 결함 구조를 처음 규명했다고 20일 밝혔다. 탠덤은 서로 다른 성질의 셀을 쌓았다는 뜻으로, 한화큐셀 등이 페로브스카이트-실리콘 탠덤 태양전지 상용화를 추진 중이다.

연구진은 ‘심층준위과도분광법(DLTS)’이란 기술을 써서 실리콘 탠덤 태양전지 효율 저하 원인을 구체적으로 찾아냈다.

DLTS는 분광장치를 써서 반도체 내부 결함 양상을 찾아내 반도체 완제품의 품질을 높이는 기술이다. 반도체의 일종인 실리콘 태양전지 안에서 발생하는 다양한 결함은 변환 효율 저하와 직결된다. 태양전지 결함 측정 과정에서 DLTS는 전지에 순간 전압을 가했을 때 전지 내부 상태가 급변형된 뒤 원래대로 돌아오는 데까지 걸리는 밀리초(1000분의 1초) 단위 시간을 측정해 분석한다. 분석 결과는 주로 단일 지수함수 형태로 도출됐다.

연구팀은 탠덤 태양전지 내부 각 결함의 단면적, 농도, 에너지 준위 등을 독립적으로 찾아내 결함의 질적 특성을 구분하는 데 성공했다. 깊이가 서로 전혀 다른 결함이 뒤섞여 있는 것을 확인하고 이를 복수 지수함수 형태로 도출했다.

연구팀 관계자는 “기존 DLTS 측정기법은 결함의 양만 정량화할 뿐 결함의 질과 변화 과정을 구분하지 못했다”며 “DLTS 신호를 시간에 따라 ‘이중 상’(dual phase) 형태로 이해하는 새로운 분석법을 개발했다”고 설명했다. 나아가 태양전지 안에 있는 수소가 전지 내부 결함 상태 변화의 핵심 원인으로 작용한다는 것도 밝혀냈다.

이번에 개발된 결함 제어 기법은 차세대 태양전지뿐 아니라 센서, 마이크로 LED 등 차세대 반도체와 디스플레이 분야에 적용할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

이해성 기자 ihs@hankyung.com