GIST, 페로브스카이트 태양전지 수명 연장 물질 개발

GIST, 페로브스카이트 태양전지 수명 연장 물질 개발


(광주=연합뉴스) 장아름 기자 = 광주과학기술원(GIST) 연구팀이 차세대 태양전지로 주목받는 페로브스카이트 태양전지의 취약한 수명을 높인 신규 정공 수송층 물질을 개발했다.
27일 GIST에 따르면 화학과 홍석원 교수와 신소재공학부 이광희 교수 연구팀은 페로브스카이트 태양전지의 수명 연장을 위해 도핑첨가물이 필요하지 않고(dopant-free), 소수성(hydrophobicity)을 지닌 신규 반도체 물질을 개발했다.
페로브스카이트 태양전지는 20%가 넘는 높은 에너지 전환효율로 주목받고 있다.
하지만 수분과 산소에 취약한 페로브스카이트 물질의 특성으로 인해 높은 소자 성능이 지속적으로 유지되지 못한다는 단점이 있다.
수명 연장을 위해 태양전지의 전극과 페로브스카이트 활성층 사이에 새로운 정공 수송층 물질을 도입해 페로브스카이트 층을 외부로부터 보호하고 소자의 안정성을 높이는 연구들이 진행되고 있다.
하지만 정공 수송층 물질이 낮은 전하 이동도를 지닌 데다가 이 이동도를 높이기 위해 도핑 첨가물을 넣게 되면 첨가물로 인해 소자의 수명이 크게 떨어지게 된다.
연구팀은 페로브스카이트 층에 얇고 결함도 없이 덮을 수 있는 정공 수송층을 도입해 높은 태양전지 에너지 전환효율(16%)을 확인했다.
기존에 정공 수송층 물질로 널리 사용되는 PEDOT:PSS보다 수명을 5배 이상 높였다.
연구팀은 보론 화합물이 포함된 신규 고분자에 전자 주게(electron donating group)와 전자 받게(electron withdrawing group)의 치환체를 도입해 에너지 준위 중 피점궤도(the highest occupied molecular orbital)와 공궤도(the lowest unoccupied molecular orbital)를 선택적으로 조절했다.
이러한 특성을 이용해 전자의 이동을 막고 정공만 선택적으로 이동시켜 에너지 전환효율을 높이고 소자 효율에 영향을 주는 주요 원인을 밝힐 수 있었다.
이 연구는 한국연구재단의 글로벌연구실 사업과 GIST GRI 사업의 지원을 받아 수행됐으며 최근 나노 및 에너지 소재 분야 과학학술지인 에이씨에스 어플라이드 머티리얼스 엔 인터페이스(ACS Applied Materials & Interfaces, IF: 8.097)지에 게재됐다.
areum@yna.co.kr
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