첨가제로 태양전지 성능이 올랐다

[파이낸셜뉴스] 대구경북과학기술원(DGIST) 에너지공학과 최종민 교수팀이 한국과학기술연구원(KIST) 기능성복합소재연구센터 문병준 박사와 함께 첨가제를 활용해 페로브스카이트 태양전지 재료를 변질되지 않은채 더 오래 저장할 수 있게 됐다. 또 태양전지 전력 변환 효율과 안정성까지 향상됐다.

최종민 교수는 20일 "기존 페로브스카이트 용액 기반 공정에서 이온들이 쉽게 망가지는 문제를 수소 결합을 이용한 첨가제를 통해 해결할 수 있다"며, "이 첨가제가 태양전지가 상용화 되는 데 꼭 해결해야만 하는 열적 불안정성 문제를 개선하는 데 큰 도움이 될 것"이라고 말했다.

페로브스카이트는 태양전지 제조때 사용하는 용액이 시간이 지나면 이온들이 분해되며 불순물이 생긴다. 이렇게 오래된 용액으로 만든 태양전지는 성능이 떨어질 수 있으며, 높은 온도에서는 이온들이 더 빠르게 변해 성능 저하가 가속화될 수 있다.

연구진은 이 문제를 해결하기 위해 수소 결합이 가능한 첨가제를 페로브스카이트 용액에 추가했다. 이 첨가제는 유기물과 수소 결합을 만들어 태양전지에 들어가는 중요한 성분들이 쉽게 변하지 않도록 보호해준다. 실험 결과, 140일 동안 보관한 오래된 용액으로 만든 태양전지도 새로 만든 용액과 거의 같은 효율을 유지했다.

또 첨가제가 태양전지 안에서 생길 수 있는 결함을 줄여 태양전지의 성능을 향상시켰다.

실험 결과, 태양전지의 전력 변환 효율이 기존 22.61%에서 24.31%로 올라갔다. 뿐만아니라 이 태양전지를 밀봉하지 않은 상태에서도 85도의 높은 온도에서 72.5일 동안 사용해도 초기 성능의 98% 이상을 유지했다.

한편, 연구진은 새로운 페로브스카이트 태양전지를 세계적인 국제 학술지 '에너지 환경과학(Energy & Environmental Science)'에 온라인 발표했으며, 표지논문으로 선정돼 출판을 앞두고 있다.

[e-mail] 김만기 기자