중금속 '납' 없이 태양전지 소재 페로브스카이트 합성

중금속 '납' 없이 태양전지 소재 페로브스카이트 합성
KIST·전남대, 희토류 '이터븀' 활용…'어드밴스드 머티리얼스'에 발표

(서울=연합뉴스) 신선미 기자 = 국내 연구진이 인체에 유해한 중금속 납(Pb)을 쓰지 않고 나노 소재인 '페로브스카이트'(perovskite)를 합성하는 방법을 개발했다.
김태욱 한국과학기술연구원(KIST) 전북분원 기능성복합소재연구센터장팀은 이상현 전남대 화학공학부 교수팀과 함께 페로브스카이트 소재 새 합성법을 개발했다고 23일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼스'(Advanced Materials·6월 23일자)에 실렸다.

페로브스카이트는 광물인 칼슘티타네이트(CaTiO₃)와 같은 육방면체 구조로, 반도체 특성을 갖는 화합물을 통틀어 일컫는 말이다. 빛을 전기로 바꾸거나 전기를 빛으로 바꿀 수 있어 조명이나 레이저 등에 응용되고 있으며 디스플레이와 차세대 태양전지 소재로도 주목받고 있다.
현재 페로브스카이트를 합성할 때는 성능을 극대화하기 위해 중금속인 납을 쓰고 있다. 그러나 납은 환경 오염을 일으키고 인체에 유해하기 때문에 세계 각국에서 사용 및 수출·수입 제한을 두고 있다.

연구진은 이 문제를 해결하기 위해 납 대신 희토류인 이터븀(Yb)을 썼다. 공정은 기존 페로브스카이트 나노결정을 합성할 때와 유사하다.
납 대신 이터븀을 첨가한 결과 품질이 뛰어나고 구조가 균일한 페로브스카이트 소재를 얻을 수 있었다. 발광 세기나 색 재현율에서 납 함유 페로브스카이트 나노결정의 초기 연구 결과와 대등한 수준이라는 게 연구진 설명이다. 연구진은 새 합성법으로 얻은 페로브스카이트로 실제 광검출기 소자를 제작해 소재의 품질을 입증해 보이기도 했다.
다만 이터븀을 이용할 때는 납을 쓸 때보다 비용이 증가하게 된다. 연구 시약을 기준으로 이터븀 포함 시약은 납 함유 시약보다 10배 이상 비싸다.
김태욱 센터장은 "납이 들어가지 않은 페로브스카이트 나노소재 연구에 새로운 활로를 제시함과 더불어 해당 소재의 응용을 위한 계기가 될 것"이라고 연구의 의의를 밝혔다.

sun@yna.co.kr
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