[충남일보 김성현 기자] 한국연구재단은 포항공과대학교 박태호 교수 연구팀이 열적으로 안정한 고효율의 페로브스카이트 태양전지 제작 기술을 개발했다고 6일 밝혔다.

페로브스카이트 태양전지는 페로브스카이트(ABX3)를 광활성층으로 사용하는 태양전지다. 우수한 전기적, 광학적 특성으로 인해 차세대 태양전지로 주목받고 있다.

페로브스카이트 태양전지가 상용화되기 위해서는 수분 및 열에 대한 안정성 확보가 필수적이다. 그중에서도 열에 대한 안정성 연구는 현저히 부족한 실정이다.

그나마 열 안정성을 확보하기 위해 무기물 페로브스카이트를 사용하는 방법이 보고되었다. 하지만 밴드갭이 넓어, 효율이 13%에 그칠 뿐이었다. 열 안정성을 추구하다 효율이 낮아진 것이다.

연구팀은 전자 및 정공 전달층을 제어함으로써 페로브스카이트 태양전지의 높은 효율을 유지하면서도 열에 대한 취약성을 개선했다.

이 연구에서는 전자 전달층을 쯔비터 이온(양성과 음성 모두 존재하는 분자)으로 개질했고 첨가제가 필요 없는 전도성 고분자를 정공 전달층으로 사용했다. 기존 정공 전달층 물질은 수분과 열 안정성이 저하됨에도 불구하고 정공 이동도를 높이기 위해 첨가제를 사용했던 한계를 개선했다.

개발된 페로브스카이트 태양전지는 광전환효율이 20.5%로 높은 효율을 유지한다. 또한 고습 및 고온에서 장기 안정성도 우수해, 140시간이 지난 후에도 초기 효율의 93%를 유지했다. 일반 소자는 초기 효율의 43%로 저하된 것과 대비된다.

박태호 교수는 "이 페로브스카이트 태양전지 연구는 열 안정성과 고효율을 동시에 달성한 최초의 보고"라며 "향후 가혹한 구동환경에서도 활용 가능한 고효율 페로브스카이트 태양전지를 제작하여, 상용화를 앞당기는데 기여할 것"이라고 말했다.

과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(중견연구), 글로벌프론티어사업, 기후변화대응기술개발사업의 지원으로 수행된 이번 연구는 권위적인 국제학술지 에너지 엔 인바이런멘탈 사이언스(Energy & Environmental Science) 8월 21일 논문으로 게재됐다.
 

김성현 기자 다른기사 보기