고려대 노준홍 교수팀, 자발적 계면 엔지니어링 기술 개발.."태양전지 안전성, 효율성 향상"

고려대(총장 정진택)는 건축사회환경공학부 노준홍 교수 연구팀이 자발적 계면 엔지니어링 공정(Spontaneous Interface Engineering)을 개발, 이를 통해 P3HT 기반 고성능 페로브스카이트 태양전지을 구현했다고 22일 밝혔다.

이번 연구 성과는 에너지·환경 분야 국제학술지인 'Energy & Environmental Science'지에 22일자로 정식 출판됐다.

페로브스카이트 태양전지 상용화를 위해서 해결해야 할 난제가 있었다. 기존 고효율 페로브스카이트 태양전지에 사용되는 기존 정공수송소재 일반적으로 사용되는 정공수송소재는 가격이 비싸며 물질 자체의 낮은 전도도를 향상시키기 위한 친수성 첨가제가 필요하다. 이런 친수성 첨가제가 첨가된 정공수송소재는 페로브스카이트 태양전지 소자의 장기 안정성에 부정적 영향을 끼치는 문제로 페로브스카이트 태양전지 상용화에 걸림돌이 되고 있었다.

갈륨 아세틸아세토네이트를 첨가제로 이용한 자발적인 계면 엔지니어링 모식도, 자료=고려대

이러한 페로브스카이트와 P3HT간의 문제를 해결하기 위해 본 연구진은 새로운 첨가제를 P3HT 용액에 첨가했다. P3HT가 페로브스카이트 상부에 적층될 때, 첨가제가 페로브스카이트와 자발적으로 화학적 반응을 해 계면 접촉 및 계면 결함을 효과적으로 제어하는 자발적 계면 엔지니어링 공정을 구현했다.

자발적 계면 엔지니어링 공정으로 제작된 P3HT 기반 페로브스카이트 태양전지는 소자 성능과 안정성에서 우수한 결과를 보여준다. 페로브스카이트와 P3HT간의 계면 문제를 해결해 기존까지 보고된 P3HT 기반 페로스브카이트 태양전지에서 가장 높은 광전변환효율을 보여준다.

노준홍 교수는 “현재까지 고효율 페로브스카이트 태양전지 제작에 사용되는 기존 정공수송소재들은 가격 및 안정성 측면에서 상용화에 적합하지 않은 큰 문제점을 가지고 있었다”면서 “이번 연구에서는 상용화 관점에서 많은 이점을 가진 P3HT을 정공수송소재로 사용해 24% 이상의 높은 광전변환효율을 보이는 소자를 구현했다는 점에서 큰 의의가 있다”고 설명했다.

또 연구진은 “이번 연구에서 개발된 자발적인 계면 엔지니어링 공정은 추가적 공정 없이 정공수송층이 형성됨과 동시에 페로브스카이트 상부 결함을 제어할 수 있기 때문에 페로브스카이트 태양전지 상용화에 더 적합하다”고 덧붙였다.

이번 연구 성과는 과학기술정보통신부 한국연구재단 중견연구자지원사업과 한국전력공사 등의 지원을 받아 수행됐다.

김명희기자 noprint@etnews.com