"차세대 태양전지 수명 3배로 늘린다"...국내 연구진 신소재 개발

김진영 ·?최효성 교수, 페로브스카이트 신기술 개발

국내 연구진이 차세대 태양전지로 각광받고 있는 페로브스카이트 태양전지 상용화에 한걸음 더 바짝 다가갔다.

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울산과학기술대(UNIST) 김진영 교수와 한양대 최효성 교수는 미국 캘리포니아주립대학교 산타바바라 분교와 공동으로 기존 페로브스카이트 태양전지보다 수명은 약 3배, 효율은 10% 이상 향상시킨 신개념의 신소재를 개발했다고 9일 밝혔다.

페로브스카이트는 부도체·반도체·도체 성질은 물론 초전도 현상까지 보이는 금속 화합물로, 기존의 실리콘 태양전지 보다 제작단가는 획기적으로 낮추는 대신 효율은 비슷한 수준으로 유지할 수 있어 차세대 태양전지로 각광받고 있다.

정공 수송층으로 PEDOT:PSS 또는 CPE-K 공액 고분자 전해질이 도입된 반전된 구조의 페로브스카이트 태양전지의 소자 구조 (A), 에너지 밴드 다이어그램 (B), 전류밀도-전압 (J-V) 곡선 (C) 및 소자안정성 비교 그래프 (D)

국내 연구팀이 개발한 ‘CPE-K’ 는 새로운 정공수송층 소재로 광흡수층의 부식을 억제함으로써 소자의 수명을 약 3배나 늘릴 수 있다. 특히 전지를 제작했을때 균일한 결정체를 유지할 수 있어, 수명과 직결되는 정공 수송 속도를 기존 대비 60배 빠르게 하고 전지의 효율도 10% 이상 향상시킨다.

또한 저온용액 공정이 가능해 종이에 인쇄하듯 소자를 대량 생산할 수 있고, 플렉서블 역구조 페로브스카이트 태양전지 상용화를 획기적으로 앞당길 것으로 보인다.

김진영 교수는 “이번 연구는 모든 박막 광전자소자에 적용할 수 있는 원천기술로 차세대 광전자소자 개발에서 선도국과의 격차를 줄일 수 있을 것”이라고 밝혔다. 최효성 교수도 “페로브스카이트 태양전지 소자 제작 분야에서 가장 앞서나가고 있는 우리나라에서 소재 개발 분야에도 중점적인 연구투자가 이루어진다면 관련 분야에서 독보적인 원천기술을 확보할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

한편 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업 및 BK플러스사업 으로 수행됐고, 네이쳐 커뮤니케이션(Nature Communications)지 온라인판 6월 17일자에 게재됐다.