페로브스카이트 태양전지 수년간 버티게 만들었다

[파이낸셜뉴스] 광주과학기술원(GIST) 이광희·김희주 교수와 부산대 서홍석 교수 공동연구팀이 페로브스카이트 층 아래 얇은 고분자 막을 추가해 태양전지 성능을 수년간 성능을 유지할 수 있게 만들었다. 이 고분자막은 전기를 잘 만들 수 있도록 페로브스카이트를 고성능·고품질로 만들어낸다.

김희주 교수는 3일 "얇은 막을 추가한 페로브스카이트 태양전지는 전기전환효율 24.4%를 수년간 유지할 수 있다"고 말했다.

연구진은 새로운 막을 추가해서 만든 태양전지에 가속화 실험을 진행했다. 약 700시간 연속으로 빛을 노출한 실험결과, 초기 효율 대비 7%만 줄어들어 우수한 광안정성을 보여줬다.

현재 사용하고 있는 실리콘 태양전지도 공장에서 안정성 테스트할때 가속화 실험을 한다. 강한 빛을 1000시간 쪼여 초기효율 대비 90%를 유지할 경우 장기적인 신뢰성을 갖는 것으로 간주한다.

이광희 교수는 "향후 태양광 모듈 및 건물 일체형 태양전지 개발 등 실생활과 밀접한 다양한 분야에 활용 가능할 것"이라고 말했다.

태양전지는 빛을 받으면 전자가 정공에서 빠져나와 이동하면서 전기에너지로 바뀌는데 이 전자를 정공에 재결합하면서 전기에너지가 만들어지지 않고 열에너지로 방출된다. 이를 비방사재결합이라하는데, 빛을 흡수하는 페로브스카이트층이 잘 만들어지지 않아 이 같은 현상이 일어난다.

이에 연구진은 새로운 '비공액고분자'를 개발하고, 간단한 용액공정을 통해 페로브스카이트 박막 아래층에 얇은 막 형태로 접목시켰다. 새로운 비공액고분자 층은 페로브스카이트 물질의 태양빛 흡수를 방해하지 않으며, 고품질의 페로브스카이트가 만들어지는 것을 유도해 내부 결함을 효과적으로 줄였다.

또한, 이온성 기능기를 도입해 페로브스카이트 물질에서 생성된 전하를 하부 전극으로 효과적으로 추출하고, 더욱 향상된 전하 수송능력으로 태양전지의 성능을 끌어올렸다.

연구진은 비공액고분자 층이 기존 구조의 페로브스카이트 태양전지보다 효율이 향상돼 24.4%의 에너지 전환효율을 기록했다.

또한 가속화 실험인 약 700시간 태양광 노출 실험에서 초기 효율 대비 7%만 줄어들어 우수한 광안정성을 보여줬다.

이광희 교수는 "이번 연구를 통해 페로브스카이트 물질의 성능저하의 근본적인 원인을 해결할 수 있는 실마리를 제시했다"고 말했다.

연구진은 이번 결과물을 재료분야 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)'에 발표했다.

[e-mail] 김만기 기자