'납' 걱정없는 페로브스카이트 태양전지 상용화길 활짝

- DGIST 최용찬 박사팀, 납 없는 친환경 태양광 소재 조성기술 개발

최용찬(왼쪽) 박사와 정강원 전임연구원.[DGIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 납을 포함하지 않는 친환경 태양전지를 만들 수 있는 소재기술을 개발했다.

대구경북과학기술원(DGIST)은 에너지융합연구부 최용찬 박사팀이 차세대 태양광 소재로 각광받고 있는 안티모니 칼코아이오다이드의 조성을 제어할 수 있는 핵심기술을 개발했다고 23일 밝혔다.

칼코아이오다이드(chalcoiodide)란 칼코겐화물(S, Se)과 할로겐화물(I, Br, Cl)의 혼합물질인 칼코할라이드(chalcohalide)의 일종으로, 칼코겐화물과 아이오딘화물로 이루어진 혼합물질을 말한다.

최근 실리콘에 버금가는 높은 성능과 제작의 편리성을 갖는 납(Pb)을 기반으로 한 페로브스카이트 물질이 차세대 태양전지 소재로서 각광받고 있다. 하지만 납(Pb)의 유해성은 상용화에 있어 큰 걸림돌이다. 비(非)납계 태양광 소재인 안티모니 칼코아이오다이드 소재가 대표적인 대체재로 각광받고 있지만, 관련 연구는 초기 단계에 머물러 있다.

최용찬 박사팀은 2단계로 나눠진 용액공정을 통해 안티모니 칼코아이오다이드의 조성을 제어할 수 있는 소재를 개발하는데 성공했다. 먼저 첫 번째 단계에서 안티모니 칼코게나이드를 제조, 2단계에서 이를 삼아이오딘화안티모니와 반응시켜 안티모니 칼코아이오다이드로 변환시켰다.

추가적으로 연구팀은 해당 공정을 통해 소재의 단순한 조성을 넘어서 소재의 결정과 형상, 그리고 전자 구조가 모두 잘 제어된 안티모니 칼코아이오다이드 소재 제작에 성공했다. 또한 연구팀은 전자 구조 분석을 통해, 이 소재의 한계점을 지적하고 고성능 태양전지 제작을 위해 필요한 적절한 계면층을 소개했다.

안티모니 칼코아이오다이드 제작 공정 개발 과정 모식도.[DGIST 제공]

최용찬 박사는 “이번에 개발한 방법은 안티모니 칼코아이오다이드를 포함한 다양한 삼원계 칼코할라이드 소재 제작에도 적용할 수 있을 것”이라며 “향후 단순한 태양광을 넘어 비납계 차세대 태양전지 개발에 있어 토대가 될 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 연구성과는 에너지 분야 국제학술지 ‘ACS 어플라이드 에너지 머티리얼즈’ 11월 16일 온라인 게재됐으며 추가표지 논문으로 채택됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com