효율·안정성 높은 준이차원 페로브스카이트 태양전지 소재 개발

GIST 이광희 신소재공학부 교수와 김희주 에너지융합대학원 교수

준이차원 페로브스카이트 소재에 GIST 연구진이 개발한 기능성 단분자 후처리 방법을 접목해 소재의 결정성과 전기적 특성이 증가한 것을 보여주는 그림./한국연구재단

다양한 광전자반도체 소자에 적용할 수 있는 페로브스카이트 태양전지 소재를 국내 연구진이 개발했다.

광주과학기술원(GIST) 이광희 신소재공학부 교수와 김희주 에너지융합대학원 교수 공동 연구팀은 8일 결함이 없는 준이차원(qusai-2D) 페로브스카이트 태양전지 소재를 개발했다고 밝혔다.

페로브스카이트 태양전지는 기존의 실리콘 기반 태양전지를 대체할 차세대 태양전지로 꼽힌다. 상용화를 위해서는 효율을 높이는 것과 장기 안정성을 높이는 게 필요하다. 페로브스카이트 소재는 공기 중의 수분을 흡수하는 흡습성을 가지고 있어 성능 저하가 일어나기 때문이다.

준이차원 페로브스카이트는 기존 소재의 낮은 안정성을 극복할 수 있지만, 결정 성장을 제어하는 게 어렵고 전기적 성질이 낮아 성능이 떨어지는 문제가 있다. 준이차원은 수학적 평면 내에서 주기적인 삼차원 구조가 아니면서 완전한 이차원 구조도 아닌 상태를 뜻한다.

연구팀은 간단한 용액공정을 통해 준이차원 페로브스카이트 소재의 단점을 극복했다. 연구팀이 개발한 기능성 단분자 후처리 방법을 도입한 준이차원 페로브스카이트 소재는 기존의 태양전지에 비해 높은 광전류를 보여 20.05%의 에너지 전환효율을 기록했다. 또 1000시간 동안 태양전지를 작동해도 초기효율의 12%만 감소해 광안정성도 높았다.

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.

참고자료

Advanced Materials, DOI : https://doi.org/10.1002/adma.202302143

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