이승우 교수, Advanced Energy Materials지 논문 발표: 태양전지의 ‘숨은 손실’을 찾아내는 공통 진단법 제시
2026.08.21
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이승우 교수, Advanced Energy Materials지 논문 발표: 태양전지의 ‘숨은 손실’을 찾아내는 공통 진단법 제시
|태양전지 효율이 왜 떨어졌는지를 ‘빛 흡수’, ‘빛 방출’, ‘전하 재결합’, ‘전기 저항’으로 나눠 보여주는 ‘태양전지 건강검진표’를 제시했다.
고려대학교 KU-KIST융합대학원, 공과대학 융합에너지공학과 및 바이오마이크로시스템기술학과 이승우 교수는 서로 다른 태양전지를 공정하게 비교하고, 효율을 떨어뜨리는 원인을 단계별로 찾아내는 새로운 분석 체계를 제시했다. 단독 저자로 수행한 연구는 2026년 8월 5일 Advanced Energy Materials에 논문으로 발표됐다.
태양전지 두 개가 똑같이 20% 효율을 보이더라도 개선해야 할 지점은 전혀 다를 수 있다. 한 소자는 빛을 충분히 흡수하지 못하고, 다른 소자는 만들어진 전하가 중간에 사라지거나 전기 저항 때문에 출력을 잃을 수 있다. 최종 효율 숫자만 보면 이런 차이가 보이지 않는다.
태양전지 연구에서 널리 쓰이는 Shockley-Queisser(SQ) 한계 이론은 자동차의 ‘이론적 최고속도’와 비슷하다. 실제 성능을 공정하게 비교하려면 같은 도로 조건을 써야 하듯, 태양전지도 같은 빛의 세기·온도·빛의 출입 조건과 일관된 밴드갭 정의를 사용해야 한다.
이승우 교수가 제시한 새 이론체계는 세 가지 실험 데이터를 함께 읽는다. 외부양자효율(EQE)은 ‘어떤 색의 빛을 전기로 바꾸는지’, 전기발광(EL)은 ‘전하가 빛으로 얼마나 되돌아 나오는지’, 전류-전압(J-V) 곡선은 ‘실제로 얼마나 많은 전력을 내는지’를 알려준다.
이 데이터를 공통 SQ 기준에 넣으면 손실이 네 개의 진단 항목으로 나뉜다. ① 흡수하지 못한 빛, ② 흡수 경계가 넓어지며 생기는 복사 전압 손실, ③ 빛을 내지 않고 사라지는 전하, ④ 저항과 션트 때문에 줄어든 출력이다. 따라서 연구자는 가장 큰 손실부터 개선할 수 있다.
특히 논문은 복사전압손실이 1보다 작다는 이유만으로 소자 내부의 전기적 결함이라고 단정하면 안 된다는 점을 분명히 했다. 이는 흡수 경계의 모양에서 비롯된 광학·복사 손실일 수 있으므로 빛 흡수 손실(FSC)과 함께 봐야 한다. 기준이 서로 맞지 않을 때는 측정된 EQE 자체로 복사 한계를 다시 계산한다.
이 방법은 실리콘, GaAs, CIGS, 페로브스카이트, 유기 태양전지, 초박막 TMD처럼 특성이 크게 다른 기술에도 공통적으로 적용된다. 논문은 기술별 측정 요령과 Python 분석 템플릿까지 제공해, 연구자와 기업이 성능 향상 주장을 같은 기준으로 검증하고 가장 시급한 개선 과제를 찾도록 돕는다.
ﾷ 저자정보: 이승우 교수(단독 저자 및 교신저자, 고려대학교 KU-KIST융합대학원, 공과대학 융합에너지공학과, 바이오마이크로시스템기술학과)
ﾷ 논문명: A Practical, Technology-Agnostic Framework For Shockley-Queisser Benchmarking of Solar Cells: Robust Bandgap Definitions and Loss Decomposition From EQE, Electroluminescence, and J-V Data
ﾷ 논문게재지: Advanced Energy Materials (2026년 8월 5일 게재 승인, Article e71465, DOI: 10.1002/aenm.71465)
ﾷ 연구지원: 한국연구재단(RS-2022-NR068141, RS-2026-25621181), 과학기술정보통신부·보건복지부 한미공동연구기금(RS-2024-00468463), 고려대학교 교내연구비
[그림 1] 태양전지 ‘건강검진’의 전체 흐름.
빛 반응, 빛 방출, 실제 출력을 함께 측정한 뒤 같은 SQ 기준으로 분석하면, 효율 저하의 원인을 네 가지 손실로 나누고 개선 우선순위를 정할 수 있다.
[그림 2] 서로 다른 태양전지를 공정하게 비교하는 방법.
기준광·온도·광학 조건, 소자에서 정한 밴드갭, 측정 당시의 소자 상태를 맞추면 재료와 구조가 달라도 같은 규칙으로 성능과 손실 원인을 비교할 수 있다.
단독 및 교신저자, 고려대학교
[그림 3] 저자정보. 이승우 교수(단독 및 교신저자, 고려대학교).
