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요즘 들어 보다 지속가능한 미래를 위해 태양에너지를 효율적으로 포획해야 한다는 긴장감과 필요성이 태양광발전 업계 종사자들 사이에서 전 세계적 으로 점점 더 힘을 얻고 있는 추세다.

특정 결정구조를 가진 물질로 잘 알려져 있는 ‘페로브스카이트’를 기반으로 한 새로운 태양전지 계열이 현재 태양광발전 업계의 이러한 불안감과 니즈 를 충족시키기 위해 기존의 실리콘 재료와 경쟁하고 있다.

이렇듯 ‘페로브스카이트’ 태양전지가 업계의 상업적 니즈를 충족시키기 위해 지속적으로 최적화되고 있는 가운데, 최근 일본의 가나자와대학(Kanazawa University) 연구진이 FTO형 기질(基質)에 산화티타늄(TiO2) 컴팩트 레이어를 침전하는 새롭고 단순한 “사선 정전기 잉크젯”(oblique electrostatic inkjet, OEI) 접근법을 발표해 화제다.

이번에 새롭게 도입된 이 접근법으로 ‘전자수송층’(electron transport layer, ETL)이 진공 환경 없이도 ‘페로브스카이트’ 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다는 연구결과가 공학 전문지 사이언티픽리포츠(Scientific Reports)誌에 발 표돼 업계 관계자들의 관심이 집중되고 있다는 것이다.

‘페로브스카이트’ 태양전지 계열은 모두가 특정한 역할을 가진 서로 다른 재 료층의 침전물로 구성돼 있으며, 종종 산화티타늄(TiO2)으로 구성된 ‘전자수 송층’(ETL)은 전하를 지니는 전자를 전극으로 운반하지만 구멍의 이동을 차 단해 전극의 흐름을 방지할 수 있는 것으로 알려져 있다.

업계 관계자들의 전언에 따르면, 지금까지 보고된 수많은 산화티타늄(TiO2) 증착기법들 중 다수가 부실한 커버리지나 부실한 재현성 또는 스케일업에 적합하지 않는 등 많은 한계점을 지니고 있었다고 한다.

또한 관계자들은, 종전의 증착기법들이 진공상태와 같은 까다로운 사전 준 비조건을 필요로 했지만 이번에 가나자와대 연구진이 발표한 “사선 정전기 잉크젯”(OEI) 접근법은 진공상태 없이도 치밀한 침전층을 만들어낼 수 있는 간단하고 저렴한 접근법이라고 귀띔했다.

연구의 주 저자인 가나자와대학의 샤히두자만 부교수는 "우리의 기술은 침 전시간에 따라 두께가 다양해질 수 있는 ‘전자수송층’(ETL)을 균일한 두께로 생산할 수 있다"며 "우리의 접근방식을 사용하여 만들어진 태양전지는 최대 13.19퍼센트의 전력변환 효율을 가지고 있을 뿐만 아니라 우리 기술이 가진 다른 장점들을 감안해 볼 때 스케일업과 상용화에 매우 유망하다"라고 자신 감을 내비쳤다.

연구진에 따르면, 이 기술은 음전하 표면이 끌어당기는 양전하 비말(飛沫)의 증착에 기초하는데 동일한 정전기 방식을 사용한 이전 연구들은 비말(飛沫) 이 중력의 힘으로 표면에 침전되기 때문에 낮은 전력 변환효율을 달성했던 것으로 전해졌다.

산화티타늄(TiO2) 전구체(前驅體)를 표면에 분사할 때 45도로 각도로 비스듬 하게 분사, 중력의 영향을 제거함으로써 보다 균일한 층으로 침전된다는 것 이다.

최적화된 ‘전자수송층’(ETL) 증착방법은 고효율 태양전지를 만들기 위해 많은 요구에 부응해야 할 것 같다는 질문에 샤히두자만 부교수는 "진공상태 없이 도 침전층 두께를 조절할 수 있을 뿐만 아니라 저비용으로 균일하고 재현 가능한 침전층을 생산할 수 있는 우리의 기술은 지금까지 학계에 보고되지 않은 독특한 장점들을 제공해 준다”며 “우리는 이러한 특성이 상업적으로도 손색이 없는 스케일업으로 이어져 전 세계적으로 보다 더 효율적인 태양에 너지 포획에 기여할 수 있기를 희망한다"고 포부를 밝혔다.

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