안병관 가톨릭대 교수, 차세대 태양전지 성능 향상 '눈길'

안병관 가톨릭대 화학과 교수(왼쪽)와 박수영 서울대 재료공학부 교수./사진제공=가톨릭대

가톨릭대학교는 최근 안병관 화학과 교수가 박수영 서울대학교 재료공학부 교수와 함께 차세대 태양전지인 페로브스카이트 태양전지의 효율과 수명을 향상할 수 있는 정공전달 소재를 개발했다고 24일 밝혔다.

페로브스카이트 태양전지는 높은 광전 변환 효율로 기존의 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 유력한 차세대 태양전지다. 하지만 핵심소재인 페로브스카이트가 열과 수분에 취약해 태양전지 소자의 수명을 단축한다는 치명적인 한계가 있었다.

안 교수와 박 교수 공동 연구팀은 페로브스카이트 태양전지의 정공전달 소재를 새롭게 설계·개발해 높은 광전 변환 효율과 장기 안정성을 확보했다.

이들이 개발한 인돌로인돌(IDID) 정공전달 소재는 지금까지 활용되던 아릴아민(AA) 유도체 정공전달 소재보다 전하이동도와 분자 간 상호작용은 물론 분자 배열, 소수성 등에서 모두 강점을 보인다. 태양전지에 적용했을 때 24% 이상의 높은 광전 변환 효율을 보였다.

특히 IDID 정공전달 소재를 사용한 페로브스카이트 태양전지는 2달 이상 고온(85도) 및 습한 조건(85% 상대 습도)에서도 초기 광전 변환 효율을 각각 91%, 93% 이상 유지했다. 이는 지난 5년간 소개된 20% 이상의 광전 변환 효율을 가진 n-i-p 계열의 페로브스카이트 태양전지 중 가장 우수한 성능이다.

안 교수는 "광전 변환 효율을 높이는 동시에 장기 안정성을 갖춘 페로브스카이트 태양전지를 개발하기 위해 다양하게 시도하고 있다"며 "이번에 개발한 IDID 페로브스카이트 태양전지의 상용화를 앞당기기 위해 최선을 다할 것"이라고 말했다.

한편 이번 연구는 한국연구재단 글로벌프론티어 멀티스케일에너지시스템 연구사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 재료과학 분야 학술지 '어드밴스드 에너지 머터리얼즈'(Advanced Energy Materials, IF=27.8) 7월호에 게재됐다.

안병관 가톨릭대 교수 공동 연구팀의 연구자료 이미지./사진제공=가톨릭대

권태혁 기자 taehkd@mt.co.kr