페로브스카이트 태양전지 난제 해결…상용화 '성큼'

경희대 임상혁 교수, 역구조 페로브스카이트로 고효율·안정성 구현

국내 연구진이 실리콘 태양전지를 대체할 차세대 소재로 주목받는 페로브스카이트 태양전지의 상용화에 걸림돌이 되는 효율저하와불안정성을 해결할 역구조 페로브스카이트 태양전지를 개발했다.

경희대 화학공학과 임상혁 교수팀은 20일 페로브스카이트의 위와 아래 면에 음전기를 띤 전자와 양전하를 띠는 가상입자인 정공(hole)을 전달할 수 있는 유기물을부착한 역구조 페로브스카이트로 고효율·고안정성 태양전지를 만들었다고 밝혔다.

한국연구재단 지원으로 수행된 이 연구 결과는 에너지 분야 학술지 '에너지·환경과학'(Energy & Environmental Science, 4월 1일자)에 게재됐다.

부도체와 반도체, 도체 성질은 물론 초전도 현상까지 보이는 특별한 구조의 금속 산화물인 페로브스카이트는 햇빛을 받으면 전자와 정공을 생성, 전기를 생산하는소자로 현재 산업화 돼 있는 실리콘 태양전지를 대체할 미래 소자로 주목받고 있다.

실리콘 태양전지는 제조 공정 비용과 발전 단가가 높아 기존 전력 원을 대체하는 데 한계가 있지만 페로브스카이트는 초저가로 제작할 수 있고 실리콘에 근접하는효율을 보여 큰 기대를 모으고 있다.

하지만 기존의 페로브스카이트 태양전지는 내부에서 발생한 전자와 정공의 이동속도가 일치하지 않아 효율이 급격히 떨어지는 현상(히스테리시스)이 생기고 이를개선하기 위해 첨가하는 이산화티탄과 첨가물이 소자를 부식시켜 장기적 안정성이떨어지고 제작공정 단가가 높아지는 문제가 있다.

연구진은 이 연구에서 첨가제를 사용하지 않고 페로브스카이트 상하면에 전도성고분자를 부착, 전자와 정공의 이동통로를 만들어주는 방법으로 18.1%의 고효율과첨가제에 의한 부식문제를 해결해 안정성을 획기적으로 높였다.

이 페로브스카이트 박막 태양전지는 햇빛을 받는 면으로 전자가 이동해 흐르는기존의 정구조 페로브스카이트 태양전지와 달리 전자가 빛을 받는 면 반대쪽으로 이동하는 역구조로 작동한다.

연구진은 이 연구는 가장 간단한 페로브스카이트 태양전지인 평면구조에서도 히스테리시스 없이 태양전지를 제작하는 것이 가능하다는 것을 밝혔다며 역발상으로상용화의 큰 난제를 해결한 것이라고 설명했다.

임상혁 교수는 "이 연구는 저온 용액으로도 공정이 이루어질 수 있고 히스테리시스가 없는 고내구성 역구조 페로브스카이트 태양전지를 개발한 사례로 차세대 페로브스카이트 태양전지 상용화에 중요한 기반이 될 것"이라며 실용화에 6∼10년이필요할 것으로 전망했다.

scitech@yna.co.kr(끝)<저 작 권 자(c)연 합 뉴 스. 무 단 전 재-재 배 포 금 지.>