[헬로디디] 태양전지 내구성·효율성 잡았다···UNIST, 박막제어기술 개발

UNIST 연구진이 페로브스카이트 태양전지의 박막 표면에 양이온의 특이성을 이용한 중간층을 형성하는 방식으로 태양전지의 고효율과 내구성을 동시에 확보하는 데 성공했다.[사진=UNIST]

국내 연구진이 페로브스카이트 태양전지 내구성과 효율성을 높일 수 있는 박막제어 기술을 개발하는데 성공했다.

울산과학기술원(UNIST, 총장 박종래)은 에너지화학공학과 석상일 특훈교수가 김종범·박재왕 연구원과 함께, 페로브스카이트 태양전지의 박막 표면에 양이온의 특이성을 이용한 중간층을 형성하는 방식으로 고효율과 내구성을 동시에 확보하는 데 성공했다고 27일 밝혔다.

페로브스카이트 태양전지는 상용 실리콘 전지와 달리 얇고 가벼워 건물 외벽이나 차량 지붕처럼 곡면이 있는 곳에도 적용할 수 있으며, 용액 공정으로 상온에 쉽게 제작할 수 있어 제조 비용도 낮다. 하지만 상용화를 위해서는 소자의 장기 안정성과 전하 이동 특성 개선이 중요한 과제로 남아있다.

이를 해결하기 위해 기존에는 단일 유기 양이온을 사용하는 연구가 진행됐지만, 단일 유기 양이온의 이탈로 인한 박막 구조 붕괴와 에너지 준위 부조화라는 문제가 있었다. 에너지 준위는 전하가 이동하는 '계단'과 같은 경로로, 층간 에너지 준위가 어긋나면 전하 손실이 발생해 전지 효율이 떨어진다.

연구팀은 두 종류의 유기 양이온을 함께 사용해 열적으로 안정적인 중간층을 설계했다. 전자를 끌어당기는 힘이 다른 두 물질의 분자 간 상호작용을 통해 계면 구조가 안정화되고, 정공 전달이 쉬운 에너지 준위가 자연스럽게 유도될 수 있었다.

연구진에 따르면 이 중간층 기술이 적용된 페로브스카이트 태양전지는 태양광을 전기로 전환하는 효율이 상용 실리콘 전지의 최고 효율에 버금가는 26.3%를 기록했다. 또 전지를 상온에 9000시간 보관했을 때도 100% 가까이 성능을 유지하는 높은 보관 안정성을 보였다.

김종범 연구원은 "이번 기술은 간단한 용액 공정만으로 안정적인 계면층을 형성해, 페로브스카이트 태양전지의 내구성과 제조 효율을 동시에 개선할 수 있다는 데 의미가 있다"고 설명했다.

연구진은 이번 연구를 바탕으로 28% 이상의 초고효율과 고내구성을 모두 만족하는 페로브스카이트 태양전지의 개발을 목표로 하고 있다.

연구내용은 셀(Cell)의 주요 자매지인 줄(Joule)에 지난 17일 온라인 공개됐다.

(기사보기) https://www.hellodd.com/news/articleView.html?idxno=107361

분자들 상호 조합된 중간층으로 열적 안정성 개선