페로브스카이트 태양전지 코팅을 바꿔 성능 높였다

[파이낸셜뉴스] 울산과학기술원(UNIST) 신소재공학과 박혜성 교수팀이 페로브스카이트 태양전지를 대형 OLED TV 제조 방식으로 만들어 전기전환 효율과 내구성을 높였다. 연구진이 만든 페로브스카이트 태양전지는 봉지공정(인캡슐레이션) 없이도 전기전환 효율이 21.4%에 달했다. 또한 습도가 60~70%일때 1000시간 동안 작동해도 초기 효율의 60% 이상 유지했다.

박혜성 교수는 1일 "박막 증착은 페로브스카이트 태양전지를 상용화 가능한 큰 크기로 제작하는 데 매우 유리한 제조방식"이라며 "이 방식으로 만든 페로브스카이트 태양전지의 효율이 20%를 넘어섰다는 점에서 무척 고무적"이라고 말했다.

박 교수는 이어 "이번에 개발한 진공증착 기반의 보호 피막 기술은 페로브스카이트 태양전지 뿐만아니라 실리콘과 페로브스카이트 태양전지를 결합한 탠덤 태양전지, 페로브스카이트 기반 발광다이오드, 광센서 등에도 응용할 수 있을 것"이라고 설명했다.

연구진이 사용한 진공 박막증착은 원료 물질을 진공 상태서 증발시켜 기판에 얇게 입히는 방식이다. 이는 이미 대형 OLED TV 제조 등에서 널리 쓰이고 있는 기술이다.

페로브스카이트 태양전지는 페로브스카이트 물질 바로 위에 얇은 막을 형성시켜 수분과 열에 약한 페로브스카이트를 보호한다. 하지만 기존에 보호 기능이 뛰어난 것으로 알려진 '루델스덴-포퍼' 구조 피막은 내부 입자 배열이 불규칙해 전기를 만드는 효율을 떨어뜨렸다. 무질서한 입자 배열 때문에 전자가 전극까지 제대로 흘러 들어가지 못한 것.

연구진은 내부 원자의 정렬 방향을 맞춘 보호 피막을 합성해 이 같은 문제를 해결했다.

증착 과정에서 박막 형성 속도와 같은 공정 변수를 조절하는 기술을 썼다. 이 보호 피막을 입힌 페로브카이트 태양전지는 수분뿐만 아니라 열 내구성 실험에서도 우수한 성능을 보였다.

제1 저자인 최윤성 연구원은 "페로브카이트 물질 위에 증착된 보호 피막 덕분"이라며 "이 보호 피막은 수분, 열 자극 보호 효과가 탁월하면서도 기존 보호 피막과 달리 전지 효율을 떨어뜨리지 않는다"고 설명했다.

[e-mail] 김만기 기자