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고려대학교 태양전지연구실

고려대학교 신소재공학부

김동환 교수

고려대학교 태양전지연구실

신소재공학부 김동환

고려대학교 태양전지연구실은 실리콘 태양전지, 박막 태양전지, 그리고 차세대 페로브스카이트/실리콘 탠덤 태양전지 등 다양한 태양전지 기술의 혁신과 상용화를 목표로 연구를 수행하고 있습니다. 연구실은 실리콘 태양전지의 효율 한계 극복을 위해 표면 패시베이션, 터널 산화막 접촉(TOPCon), 후면전극 구조, 멀티버스바 등 첨단 기술을 개발하고 있으며, 실험실 수준의 고효율 셀을 실제 산업 현장에 적용할 수 있도록 대면적화, 양산성, 신뢰성 향상에도 중점을 두고 있습니다. 또한, 박막 태양전지 분야에서는 CIGS, CdTe, 페로브스카이트 등 다양한 소재를 활용하여 고효율, 저비용, 대면적화에 적합한 공정 개발에 힘쓰고 있습니다. 특히, 페로브스카이트/실리콘 탠덤 태양전지 연구를 통해 단일 접합 태양전지의 이론적 효율 한계를 뛰어넘는 혁신적 구조와 소재를 개발하고 있습니다. 이를 위해 스퍼터링, 근접승화법, 용액공정 등 다양한 증착 및 제조 방법을 비교·분석하고, 대면적화와 상용화에 적합한 공정 조건을 도출하고 있습니다. 연구실은 태양전지의 장기 신뢰성, 환경 내구성, 재활용성 등 실질적인 상용화에 필요한 요소기술도 함께 연구하고 있습니다. 봉지재, 희생양극, UV 차단 구조 등 모듈의 내구성 강화 기술과, 태양전지 모듈의 재활용 및 분리 해체 기술, PID 저감 및 장수명화 기술 등 다양한 응용 연구를 통해 태양광 산업의 지속가능한 발전에 기여하고 있습니다. 이와 더불어, 컬러 태양전지, 투명 태양전지, 플렉서블 태양전지 등 미래 에너지 시장의 다양한 요구에 대응할 수 있는 혁신적 솔루션을 제시하고 있습니다. 건물일체형 태양광(BIPV), IoT 센서용 저조도 태양전지, 스마트 모듈 등 다양한 응용 분야로의 확장 연구도 활발히 이루어지고 있습니다. 연구실은 국내외 산학연 협력과 정부 과제를 통해 실질적인 기술 이전과 상용화에도 적극적으로 기여하고 있으며, 태양광 분야의 세계적인 연구 거점으로 자리매김하고 있습니다. 앞으로도 태양전지의 효율, 신뢰성, 경제성, 친환경성 등 모든 측면에서 혁신을 이끌어가며, 지속가능한 에너지 사회 실현에 앞장설 것입니다.

실리콘 및 박막 태양전지의 고효율화 기술
고려대학교 태양전지연구실은 실리콘 태양전지 및 박막 태양전지의 고효율화에 중점을 두고 다양한 연구를 수행하고 있습니다. 실리콘 태양전지의 경우, 표면 패시베이션, 텍스처링, 전극 형성 등 각 공정 단계에서의 손실 요인을 최소화하고, 터널 산화막 패시베이션 접촉(TOPCon) 구조, 후면전극형 셀, 멀티버스바 구조 등 첨단 기술을 적용하여 셀 효율을 극대화합니다. 또한, 박막 태양전지 분야에서는 CIGS, CdTe, 페로브스카이트 등 다양한 소재를 활용하여 고효율, 저비용, 대면적화에 적합한 공정 개발에 힘쓰고 있습니다. 특히, 실리콘/페로브스카이트 탠덤 태양전지 연구를 통해 단일 접합 태양전지의 이론적 효율 한계를 극복하고자 하며, 대면적화 및 상용화에 적합한 스퍼터링, CVD 등 건식 공정 기반의 박막 증착 기술을 개발하고 있습니다. 또한, 표면 텍스처링, 패시베이션, 전극 소재 및 구조 최적화 등 다양한 요소기술을 융합하여 실리콘 태양전지의 효율과 신뢰성을 동시에 향상시키고 있습니다. 이러한 연구는 실험실 수준의 고효율 셀 개발을 넘어, 실제 산업 현장에서의 양산성, 장기 신뢰성, 환경적 지속가능성까지 고려한 통합적 접근을 통해 태양광 산업의 미래를 선도하고 있습니다. 연구실은 국내외 다양한 산학연 협력과 정부 과제를 통해 실질적인 기술 이전과 상용화에도 적극적으로 기여하고 있습니다.
페로브스카이트/실리콘 탠덤 및 차세대 태양전지 모듈
연구실은 차세대 태양전지로 각광받는 페로브스카이트/실리콘 탠덤 태양전지의 구조 설계, 소재 개발, 대면적 모듈화 기술에 집중하고 있습니다. 페로브스카이트 태양전지는 뛰어난 광흡수 특성과 밴드갭 조절이 용이하다는 장점으로, 실리콘 셀과의 탠덤 구조를 통해 30% 이상의 이론적 효율 달성이 가능합니다. 연구실에서는 페로브스카이트 박막의 균일한 대면적 증착, 계면 안정화, 전하수송층 및 전극 소재의 최적화, 그리고 모듈 단위에서의 직렬/병렬 연결 구조 등 실용화에 필수적인 핵심 기술을 개발하고 있습니다. 특히, 스퍼터링, 근접승화법, 용액공정 등 다양한 증착 및 제조 방법을 비교·분석하여, 대면적화와 상용화에 적합한 공정 조건을 도출하고 있습니다. 또한, 모듈의 신뢰성 향상을 위한 봉지재, 희생양극, UV 차단 구조 등 환경적 내구성 강화 기술도 함께 연구하고 있습니다. 페로브스카이트/실리콘 탠덤 셀의 효율 향상뿐만 아니라, 장기 안정성, 대량생산성, 재활용성까지 고려한 종합적 연구를 통해 차세대 태양전지 상용화의 길을 열고 있습니다. 이와 더불어, 컬러 태양전지, 투명 태양전지, 플렉서블 태양전지 등 다양한 응용 분야로의 확장 연구도 활발히 이루어지고 있습니다. 이러한 연구는 건물일체형 태양광(BIPV), IoT 센서용 저조도 태양전지, 스마트 모듈 등 미래 에너지 시장의 다양한 요구에 대응할 수 있는 혁신적 솔루션을 제시하고 있습니다.
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Investigation of contact formation mechanism and application of copper-based front contact paste for crystalline silicon solar cells
최동진, 배수현, 한혜빈, 박현정, 심명섭, 강윤묵, 김동환, 김성현, 이해석
Solar Energy Materials and Solar Cells, 2023.05
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Boron-doped polysilicon using spin-on doping forhigh-efficiency both-side passivating contact silicon solar cells
박현정, 김진솔, 최동진, 이상원, 강동균, 이해석, 김동환, 김문호, 강윤묵
PROGRESS IN PHOTOVOLTAICS, 2022.11
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Ambient Air-Processed Wide-Bandgap Perovskite Solar Cells with Well-Controlled Film Morphology for Four-Terminal Tandem Application
장경순, 김영웅, 김영윤, Jasom J. Yoo, Nam Joong jeon, 이해석, 김동환, 서장원
SOLAR RRL, 2022.08
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고전압 스트레스 저감을 위한 나노 구조체 박막 개발 및 이를 적용한 PID-free Perovskite 개발
한국연구재단
2020년 03월 ~ 2023년 02월
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발전량 증대를 위한 효율 26%급, 6인치 페로브스카이트/결정질 실리콘 탠덤 태양전지 셀 제작기술 개발
한국에너지기술평가원
2020년 10월 ~ 2023년 09월
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에너지-AI 융합대학원 (태양광발전-AI 융합인력양성사업)
한국에너지기술평가원
2020년 05월 ~ 2024년 12월