페로브스카이트 태양전지, 불소로 수명 늘렸다

울산과학기술원(UNIST)과한국에너지기술연구원이 공동 개발한 수분노출 막는 페로브스카이트 태양전지. UNIST 제공

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 페로브스카이트 태양전지에 불소를 이용해 수분에 강해지고 효율까지 끌어올렸다. 연구진은 수분 최약성의 문제를 해결할 수 있어 상용화 가능성이 높아졌다고 설명했다.

울산과학기술원(UNIST)는 한국에너지기술연구원과 공동연구로 페로브스카이트 태양전지를 수분 노출을 막고 전지 효율을 높이는 '유기 정공수송층 물질'을 개발했다고 25일 밝혔다.

유기 정공수송층 물질로 만든 페로브스카이트 태양전지는 24.82%의 고효율을 기록했다고 연구진은 설명했다. 또 고습도 환경에서도 500시간동안 기존 효율의 87% 이상을 유지했다.

수분 안정성과 효율을 동시에 잡은 이번 연구 결과는 세계적 과학저널 '사이언스'에 25일자로 온라인 공개됐다.

연구진은 기존 정공수송층의 수소를 불소로 바꿔 수분 취약 문제를 해결했다. 이 정공수송층 물질은 기존의 우수한 성능은 유지하면서도 기름처럼 물과 섞이지 않는 성질이 강해 수분을 흡수하지 않는다.

수분이 정공수송층 성능을 떨어뜨릴 뿐만 아니라 정공수송층이 흡수한 수분에 노출된 광활성층이 분해되는 복합적 문제가 있었다. 페로브스카이트 태양전지의 연구는 지난 20년 동안 지속돼 왔지만, 효율과 안정성 모두 만족시킬 수 있는 물질을 찾기 어려웠다.

수분노출 막는 페로브스카이트 태양전지를 개발한 연구진. UNIST 곽상규 교수, 양창덕 교수, 한국에너지기술연구원 김동석 박사, 최인우 연구원, UNIST 정민규 연구원, 고은민 연구원(우측 상단부터) UNIST 제공

이 물질을 개발한 UNIST 양창덕 에너지화학공학과 교수는 "그 동안 양립하기 어려웠던 수분안정성과 효율 문제를 기존 스파이구조 물질에 불소 원자를 도입하는 방식을 통해 동시에 해결한 매우 획기적인 연구"라고 설명했다.

연구진은 미국의 태양전지 공인인증 기관인 뉴포트에서 효율을 24.64%로 인증받았다. 특히 공인 인증된 전지는 1.18V의 높은 개방 전압을 보였다.

이는 페로브스카이트 태양전지가 이론적으로 만드는 전압에 최대로 근접한 수치다. 개방 전압이 높을수록 전력 생산량이 많아지고 태양전지의 효율이 높아진다.

전지 제조 담당의 에너지기술연구원 김동석 박사는 "전지를 1㎠ 크기로 만들어도 효율감소가 적어 22.31%를 유지해 상용화 가능성이 밝다"고 말했다.

[e-mail] 김만기 기자