박태호 교수팀 "고효율·높은 열 안정성 최초로 동시 달성"
(대전=연합뉴스) 이재림 기자 = 한국연구재단은 포스텍 박태호 교수 연구팀이 열적으로 안정적인 고효율 페로브스카이트 태양전지 제작기술을 설계했다고 6일 밝혔다.
페로브스카이트는 부도체·반도체·강유전체 성질을 가진다.
발견자인 러시아 과학자 페로브스키를 기념해 이름을 만들었다.
최근엔 태양전지나 발광다이오드(LED) 소재로 응용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이중 페로브스카이트 태양전지는 페로브스카이트를 광활성 층으로 사용한다. 전기적·광학적 특성이 우수해 차세대 태양전지로 주목받는다.
상용화를 위해선 수분·열에 대한 안정성 확보가 필수적이다.
무기물 페로브스카이트로 열 안정성을 잡는 방법이 학계에 보고됐으나, 효율 저하 한계를 동시에 보였다.
연구팀은 전자·정공 전달 층을 제어하는 방식으로 열 안정성과 고효율의 두 마리 토끼를 잡았다.
전자·정공 전달 층은 말 그대로 페로브스카이트에서 형성된 전자와 정공을 전극으로 전달해주는 층이다.
이번 연구에서는 전자 전달 층을 '양쪽성(쯔비터) 이온'이라는 물질로 바꿨다.
양쪽성 이온은 한 분자 안에 전기적으로 양성과 음성 부분이 모두 존재하는 성질을 가졌다.
연구팀은 아울러 첨가제가 필요 없는 전도성 고분자를 정공 전달 층으로 사용했다.
새로 만든 페로브스카이트 태양전지는 광 전환 효율이 20.5％다.
이는 친환경 용매(2-methylanisole) 고분자 정공 전달 물질을 사용한 페로브스카이트 태양전지 중에선 세계 최고 효율이라고 연구팀은 설명했다.
연구팀의 전지는 고온 다습한 상태에서 우수한 장기 안정성을 보이기도 했다.
140시간이 지난 후에도 초기 효율 93％를 유지했는데, 이는 43％대로 저하한 일반 소자와 대비되는 수치다.
박태호 교수는 "열 안정성과 고효율을 동시에 달성한 최초의 성과"라며 "가혹한 구동 환경에서도 활용 가능한 고효율 페로브스카이트 태양전지를 만들어 상용화를 앞당기는 데 기여할 것"이라고 말했다.
연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업, 글로벌프론티어사업, 기후변화대응기술개발사업 지원으로 수행했다.
관련 논문은 지난달 21일 '에너지 앤 인바이런멘탈 사이언스'(Energy ＆ Environmental Science)에 실렸다.
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