페로브스카이트 태양전지 성능·내구성을 높였다

UNIST, 스스로 조립되는 물질 개발
태양광 효율 25.16%까지 끌어올려
강력한 태양빛에도 500시간 버텨내

UNIST 김동석 교수, 김봉수 교수, 샤히드 아민 박사, 이영완 연구원, 손중건 연구원, 이동민 연구원 (좌측 하단부터 반시계방향). UNIST 제공

[파이낸셜뉴스] 울산과학기술원(UNIST) 화학과 김봉수 교수팀은 기판 위에서 알아서 조립되는 분자로 페로브스카이트 태양전지의 효율과 내구성을 높일 수 있는 자가조립 정공수송층 물질을 개발했다고 19일 밝혔다.

이 물질로 만든 페로브스카이트 태양전지는 이전에 만들었던 태양전지보다 13% 이상 효율이 개선된 25.16%의 광전 변환 효율을 기록했다. 또 안정성도 좋아져, 500시간 동안 강력한 태양빛에 노출하는 실험에서도 초기 효율의 93%를 유지하며 효율 저하가 거의 없었다.

김봉수 교수는 "새로 개발한 물질은 페로브스카이트 태양전지의 장점인 저렴한 공정 비용을 극대화하면서 안정성과 효율을 동시에 잡아 페로브스카이트 태양전지의 시장 진입 가능성을 크게 높일 수 있다"고 말했다.

페로브스카이트 태양전지에 들어가는 자가조립단층은 광활성층인 페로브스카이트가 햇빛을 받아 만든 정공(양전하 입자)을 전극으로 전달하는 물질이다.

자가조립단층 정공수송층은 기판 위에서 스스로 조립되는 분자의 특성으로 제조되기 때문에 고분자기반 정공수송층보다 공정 비용을 더 절감할 수 있다.
연구진은 이 자가조립단층을 형성하는 특정 분자 '4PACz'보다 더욱 정공 수송 성능을 높일 수 있도록 분자 구조를 설계한 화합물 'MeS-4PACz'를 개발했다.

태양전지는 광생성 전자(음전하 입자)와 정공이 전극으로 이동하는 현상으로 전기에너지를 뽑아내는 장치라 전자와 정공이 전극으로 잘 이동하면 전지 효율이 높아진다. 또 태양전지 출력과 장기안정성을 가늠하는 지표 값도 월등히 개선됐다.

[e-mail] 김만기 기자