전북대 교수팀, 친환경 용매 기반 페로브스카이트 태양전지 개발

인체ㆍ환경 위해성 낮춘 대량생산 기술 개발로 학계 주목

[아이뉴스24 박종수 기자] 전북대 유연인쇄전자전문대학원 나석인 교수팀(권성남 연구교수, 상레이수실 박사과정)이 페로브스카이트 태양전지를 친환경 용매로 제조해 인체ㆍ환경 유해성을 극복할 수 있는 핵심기술을 개발, 학계의 주목을 받고 있다.

연구성과를 담은 논문은‘Locally Supersaturated Inks for a Slot‐Die Process to Enable Highly Efficient and Robust Perovskite Solar Cells'라는 제목으로 에너지소재 분야 세계 최고 학술지인 ’어드벤스드 에너지 머터리얼 (Advanced Energy Materials‘(IF: 29.698) 최신 호에 게재됐다.

페로브스타이트 태양전지를 개발한 전북대 나인석 교수팀 [사진=전북대학교 ]

연구진은 저독성 용매인 디메틸설폭사이드(DMSO)를 단일 용매로 사용한 페로브스카이트 전구체 잉크를 개발했고, 이의 유변학적 특성과 슬롯다이(slot-die) 코팅 특성을 개선하기 위해 항용매(antisolvent)를 소량 첨가했다.

이와 같이 개선된 디메틸설폭사이드 기반 페로브스카이트 전구체 잉크는 표면장력이 낮아져 슬롯 다이 공정에 적합했으며, 국부적으로 과포화된 페로브스카이트를 형성함으로써 고품질 페로브스카이트 박막을 형성할 수 있도록 한다는 것을 확인했다.

특히 디메틸설폭사이드 기반 페로브스카이트 전구체 잉크를 슬롯다이 코팅 공정에 적용한 결과, 이를 이용한 슬롯 다이 코팅 기반 페로브스카이트 태양전지는 20.61%의 단위 셀 효율과 18.66%의 미니 모듈 효율을 보였다. 4천320시간 동안 85%의 효율(단위 셀, N2 가스 분위기)과 1천920시간 동안 83%의 효율(단위 셀, N2 가스 분위기)을 유지하는 등 높은 효율과 장기구동 안정성까지 가진 것으로 확인됐다.

권성남 연구교수는 “이번 연구성과는 향후 페로브스카이트 잉크를 설계하기 위한 전략과 친환경 공정을 기반으로 하는 페로브스카이트 태양전지의 상업화를 위한 중요한 전환점이 될 것이다”며“향후 프린팅 공정 기반 고효율 페로브스카이트 태양전지 기술 확보를 위한 친환경 페로브스카이트 잉크 및 공정 연구를 지속할 것”이라며 후속 연구계획을 밝혔다.

한편 이번 연구는 한국연구재단(기초연구사업)과 한국전력공사 전력연구원 (KEPRI)의 지원을 받아 수행됐다.

/전북=박종수 기자(bells@inews24.com)