인천대학교 물리학과 이진호 교수 연구팀이 유기·페로브스카이트 태양전지의 상용화를 가로막는 핵심 난제인 ‘셀-투-모듈(Cell-to-Module)’ 효율 격차 해소 방안을 제시했다.

인천대학교는 6일 해당 연구가 에너지·환경 분야 세계적 권위 학술지인 Energy & Environmental Science에 게재됐다고 밝혔다.

이번 연구는 한국화학연구원 연구진과의 공동 연구로 진행됐다.

유기 태양전지와 페로브스카이트 태양전지는 각각 19.2%, 27.0% 수준의 높은 효율을 실험실 소면적 셀에서 구현했지만, 상업화를 위한 대면적 모듈(10㎠ 이상)로 확장할 경우 효율이 20~30%까지 급감하는 한계가 있었다.

이른바 ‘셀-투-모듈 격차’로, 차세대 태양광 기술 상용화의 가장 큰 병목으로 지목돼 왔다.

연구팀은 이를 해결하기 위한 핵심 기술로 모듈 구조 설계와 정밀 패터닝 기술을 체계적으로 분석했다.

특히 대표적인 공정 기술인 레이저 스크라이빙의 작동 메커니즘과 한계를 심층적으로 규명했다.

레이저 스크라이빙은 비접촉 방식으로 95% 이상의 높은 기하학적 충진율(GFF)을 확보할 수 있는 장점이 있지만, 공정 과정에서 발생하는 열 영향부(HAZ)가 성능 저하를 유발하는 문제점이 존재한다.

이에 연구진은 ▲극초단 레이저 기반 공정 ▲열 손상을 최소화하는 ‘P2-free’ 자기정렬 구조 ▲실시간 전기화학적(in-situ) 패터닝 기술 등 차세대 대안을 제시하며 기술적 돌파구를 마련했다.

아울러 인공지능(AI) 및 머신러닝을 활용한 스마트 제조 전략도 핵심 축으로 제안됐다.

방대한 재료 조합을 AI로 신속하게 분석하고, 공정 변수를 최적화함으로써 태양전지의 효율과 안정성을 동시에 확보할 수 있다는 설명이다.

이진호 교수는 “이번 연구는 차세대 태양전지가 실험실 단계를 넘어 실제 에너지원으로 자리 잡기 위해 반드시 해결해야 할 ‘대면적화’ 문제에 대한 구체적 해법을 제시한 것”이라며 “AI와의 융합은 향후 태양광 산업의 판도를 바꿀 핵심 요소가 될 것”이라고 강조했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 산하 한국연구재단과 산업통상자원부 산하 한국에너지기술평가원의 지원을 받아 수행됐다.