Toshiba는 적은 비용으로 높은 효율을 내는 탄뎀(Tandem)형 태양전지 실현을 위해 개발 중인 투과형 아산화구리(Cu2O) 태양전지의 발전효율이 세계 최고 수준을 갱신했다고 발표했다.

지난해 12월에 발표한 8.4%보다 1.1% 높은 9.5%를 달성했다.

해당 태양전지를 전기자동차(EV)에 탑재한 경우, 충전 없이 주행할 수 있는 항속거리는 1일 당 약 37km에 달한다고 한다. 앞으로 해당 전지의 대형화를 추진하는 등 기술개발을 지속하여 2025년 실용화를 목표로 한다.

▲ 아산화구리(Cu2O)/Si Tandem형 태양전지 차량 적용 이미지(좌), 발전효율 9.5%의 투과형 Cu2O 태양전지 셀(우)

탄뎀형 태양전지는 서로 다른 성질의 태양전지(셀)를 바텀 셀(Bottom Cell), 탑 셀(Top Cell)로 겹쳐서 양측의 셀에서 발전함으로써 전체의 발전효율을 높일 수 있는 것이 특징이다.

기존 실리콘(Si) 태양전지 등을 바텀 셀로 사용한 연구 개발이 진행되고 있는 가운데, Toshiba는 2019년에 세계 최초로 탑 셀에 비용절감이 가능한 투과형 Cu2O 태양전지를 개발했다.

이번에 발전효율 향상에 기여한 것은 바로 발전 면적(Cell Size)을 지난해 12월에 발표한 3mm 크기에서 10×3mm로 확대했기 때문이다.

새롭게 개발한 발전효율 9.5%의 투과형 Cu2O를 탑 셀로 사용하고, 25%의 고효율 Si 태양전지를 바텀 셀에 적용한 Cu2O/Si 탄뎀형 태양전지 전체의 발전효율은 28.5%일 것으로 추산하고 있으며, Si 태양전지의 세계 최고 효율 26.7%를 크게 웃도는 성능을 갖는다.

나아가 보다 고효율인 갈륨비소(GaAs) 반도체 태양전지의 세계 최고 효율 29.1%에 육박하는 높은 발전효율을 갖는 셈이다.

해당 Cu2O/Si 탄뎀형 태양전지를 EV의 루프나 후드에 탑재할 경우, 1일 항속거리는 약 37km를 실현할 수 있을 것이라고 한다.

태양전지로 차량용 배터리를 계속해서 충전함으로써, 근거리 사용자의 1일 항속거리라고 여겨지는 30km를 충전없이 커버할 수 있기 때문에, 실질적으로는 자택 등에 충전설비를 설치할 필요가 없어진다. 또한 충전설비에서의 충전량과 충전횟수도 줄일 수 있다.

앞으로는 투과형 Cu2O 태양전지의 고효율화를 추진하기 위해, 셀 사이즈를 단계적으로 크게 만들고 최종적으로는 현재 시판되고 있는 Si 태양전지와 동일한 크기인 수 인치급 셀 제조 기술을 확립하고 2025년 실용화를 목표로 한다.