김준호 인천대 교수 공동 연구팀, 고효율 케스트라이트 CZTSSe 태양전지 효율 정체 원인 규명

인천대학교 물리학과 김준호 교수팀과 대구경북과학기술원 김대환 박사팀은 케스트라이트 CZTSSe 박막 태양전지의 효율을 제한하는 요소를 발견했다.

CZTSSe 박막 태양전지는 박막형 태양전지 중에서 최고효율을 보이는 CIGS 태양전지를 (광전변환효율=22.9 %) 대체하기 위해 제안되었으며 세계적으로 그 연구가 활발하다.

하지만, 최근 CZTSSe 박막 태양전지의 광전변환효율이 12.6 %에서 정체되어 효율 값이 오르지 않고 있어서 관련학계는 그 원인에 대한 분석 연구가 필요했었다.

연구논문의 제1저자로 연구를 주도한 김성연(인천대학교 물리학과) 박사과정 학생은 CZTSSe 광흡수층의 S와 Se의 상대적 비율에 따라서 태양전지 효율에 제한을 두는 인자가 다르게 존재한다고 밝혔다.

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12% 대의 고효율 CZTSSe 태양전지에서도 S가 많을 경우는 전하 재결합 결함인자가 발생하고, 반면에 Se이 많을 경우는 전도 에너지 밴드 오프셋이 크게 생겨 효율 향상에 장애물이(bottleneck) 됨을 실험적으로 규명하였으며, 이들 제한 인자들의 발생 저하를 통해 효율 증가가 가능함을 제시한 것이 이번 연구의 의의라고 전했다.

[사진=인천대]

이번 연구결과는 세계적 저명 학술지인 나노 에너지 (Nano Energy, impact factor=12.343) 온라인 판에 (2017년12월 21일) “Limiting effects of conduction band offset and defect states on high efficiency CZTSSe solar cell” 제목으로 게재됐다.