광주과기원, 준이차원 페로브스카이트 태양전지 소재 개발

준이차원 페로브스카이트 소재 기반 태양전지의 구조(왼쪽)와 개발된 기능성 단분자 후처리를 통해 향상된 준이차원 페로브스카이트 소재 및 태양전지 특성(오른쪽).(KAIST 제공)/뉴스1

(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 결함 없는 준이차원 페로브스카이트 태양전지 소재를 개발했다.

한국연구재단은 광주과학기술원(GIST) 신소재공학부 이광희 교수와 에너지융합대학원 김희주 교수 공동연구팀이 준이차원(qusai-2D) 페로브스카이트 소재에 간단한 후처리 기술을 적용해 소재의 결함을 해결하고 효율·안정성을 확보한 태양전지 소재를 개발했다고 8일 밝혔다.

페로브스카이트 태양전지는 기존의 상용화된 실리콘 기반 태양전지와 비슷한 효율을 보여 차세대 태양전지로 주목받고 있다.

페로브스카이트 태양전지 상용화를 위해선 효율뿐만 아니라 장기안정성 확보가 필수적인데, 페로브스카이트 소재 자체의 흡습성(물질이 공기 중의 수분을 흡수하는 성질)에 따라 소자 성능 저하로 인해 장기안정성 확보에 큰 걸림돌이 되고 있다.

특히 준이차원 페로브스카이트 소재는 기존 소재의 낮은 장기안정성을 극복할 수 있어 학계의 많은 주목을 받고 있으나, 결정성장 제어의 어려움과 소재 자체의 결함에 의한 낮은 전기적 성질이 태양전지의 성능을 떨어뜨린다는 한계가 있다.

이에 연구팀은 간단한 용액공정을 이용해 준이차원 페로브스카이트 소재의 결함·결정 제어를 하는데 성공했다.

연구팀이 개발한 기능성 단분자 후처리 방법을 도입한 준이차원 페로브스카이트 소재는 기능성 단분자에 의해 소재 표면 및 내부에 존재하는 이온성 결함을 부동태(금속이 보통 상태에서 나타내는 반응성을 잃은 상태) 시켜 소재의 품질을 높였다.

연구팀이 개발한 준이차원 페로브스카이트 소재를 활용한 태양전지는 20.05%의 높은 효율을 보였고 1000시간의 가속 실험 후에도 초기 효율 대비 12% 정도의 감소를 보이는 우수한 광안정성 뿐만 아니라 높은 열적·수분 안정성을 갖는 것으로 나타났다.

이광희 GIST 신소재공학부 교수./뉴스1

이광희 교수는 “이번 연구를 통해 고성능의 준이차원 페로브스카이트 소재 기반 광전자 소자 개발에 대한 실마리를 제시했다”며 향후 차량 및 건물 일체형 태양전지 개발, 고성능의 페로브스카이트 소재 기반 반도체 소자 등 실생활과 밀접한 다양한 분야에 활용 가능할 것으로 기대된다”고 말했다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구, 기후변화대응기술개발사업 등의 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 재료분야 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스’에 지난 3일 게재됐다.

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