개선된 안티모니 기반 칼코제나이드 소재 셀, 기록적 광전 효율 달성

호주 뉴사우스웨일스 대학교 과학자들이 개선된 안티몬 기반 칼코게나이드 태양전지를 개발해 10.7%의 공인 광전 변환 효율을 달성하며 해당 소재 분야의 신기록을 세웠다. 관련 논문은 학술지 *Nature Energy* 최신호에 게재됐다.

이 소재는 크게 네 가지 장점을 지닌다. 원재료가 풍부하고 값이 저렴해 희소·귀금속에 의존하지 않으며, 무기물로 구조가 안정적이고 수명이 길어 유기물이나 페로브스카이트 소자 대비 노화 저항성이 훨씬 우수하다. 빛 흡수 능력이 매우 뛰어나 약 300나노미터 두께의 박막만으로도 효율적으로 태양광을 포착할 수 있고, 비교적 낮은 온도에서 성막이 가능해 에너지 소비를 크게 줄이고 대량 생산에 유리하다.

이처럼 장점이 뚜렷함에도 2020년 이후로 해당 전지의 광전 변환 효율은 10% 벽을 돌파하는 데 어려움을 겪었다. 최신 연구 결과, 제조 과정에서 황과 셀레늄이 고르지 못하게 분포하며 '에너지 장벽'을 형성해 광 생성 전하의 원활한 이동을 방해하고 에너지 손실을 일으키는 것이 문제의 원인으로 밝혀졌다. 이 문제를 해결하기 위해 연구팀은 합성 과정에서 소량의 황화나트륨을 첨가하는 기발한 방법을 도입했고, 이러한 개선을 통해 전하 이동 효율을 대폭 향상시켰다.