한·중·사우디 석학들 머리 맞대…페로브스카이트 태양전지 상용화 열쇠는 ‘건식 공정’

△ 열증착 기반 페로브스카이트 박막 제조 공정 개념도

차세대 태양전지 상용화를 앞당길 ‘길잡이’가 나왔다. 고려대학교(총장 김동원) 융합에너지공학과 박혜성 교수 연구팀이 중국 칭화대 천이 이(Chenyi Yi) 교수, 우한이공대 젠펑 루(Jianfeng Lu) 교수, 사우디아라비아 킹압둘라과학기술대(KAUST) 스테판 드 울프(Stefaan De Wolf) 교수 연구팀과의 국제 공동연구를 통해 페로브스카이트 태양전지의 건식 제조 전략을 총망라한 총설 논문을 발표했다.

페로브스카이트 태양전지는 발전 효율이 높고, 소재의 성질을 원하는 용도에 맞게 조절하기 쉬워 차세대 태양전지로 주목받고 있다. 특히 페로브스카이트 태양전지와 기존 실리콘 태양전지를 결합해 만든 탠덤 태양전지는 초고효율 태양전지 기술로 평가된다.

그러나 실제 크기의 태양광 패널을 대량 생산할 때, 실험실 수준의 높은 효율을 구현하기 위해서는 균일한 박막 제조, 계면 안정성, 공정 재현성 확보가 필요하다. 

*계면 안정성: 경계면이 쉽게 변질되거나 떨어지지 않고 단단하게 유지되는 성질

*공정 재현성: 항상 일정한 품질과 효율을 가진 제품이 그대로 만들어지는 성질

연구팀은 이를 해결하기 위한 유망한 접근법으로 ‘열증착 기반 건식 공정’에 주목했다. 이 공정은 용매를 사용하지 않고 진공 상태에서 원료 물질을 증발·증착해 박막을 형성하는 방식이다. 특히 박막의 두께와 적층 구조를 정밀하게 제어할 수 있어, 대형 패널(대면적 모듈) 제조와 탠덤 태양전지 구현에 적합한 기술로 꼽힌다.

△ 열증착 기반 탠덤 태양전지의 효율 발전 동향

이번 총설 논문은 열증착 기반 건식 공정으로 페로브스카이트 태양전지를 만드는 핵심 방법부터 계면을 안정적으로 제어하는 전략, 나아가 대형 태양광 패널과 탠덤 태양전지 제조 기술까지 종합적으로 정리했다. 또 건식 공정을 차세대 태양전지 제조 플랫폼으로 발전시키기 위해 해결해야 할 기술적 과제와 향후 연구 방향을 제시했다. 

박혜성 교수는 “페로브스카이트 태양전지가 실제 제조 기술로 확장되기 위해서는 고효율 소재 개발뿐 아니라 공정 재현성, 대면적 균일도, 계면 안정성을 함께 확보해야 한다”며 “이번 총설 논문이 건식 공정 기반 페로브스카이트 태양전지 연구와 대면적·탠덤 소자 개발을 위한 가이드라인으로 활용되기를 기대한다”고 밝혔다.

본 연구 성과는 에너지 분야 저명 국제 학술지 ‘Joule(IF=37.1, JCR 상위 1.3%)’ 온라인에 7월 22일 게재됐다.

* 논문명: Thermal evaporation routes for perovskite photovoltaics, from fundamentals to integration

* DOI: 10.1016/j.joule.2026.102593

* URL: https://doi.org/10.1016/j.joule.2026.102593

이번 연구는 과학기술정보통신부가 추진하는 한국연구재단 나노 및 소재기술개발사업, 개인기초연구 중견연구자지원사업과 기후에너지환경부가 추진하는 에너지기술평가원 에너지국제공동연구사업의 지원을 받았다. 

[연구진 사진]

△ (왼쪽부터) 고려대 융합에너지공학과 박혜성 교수(교신저자), 고려대 정승온 박사(제1저자)