페로브스카이트 태양전지 효율·안정성↑…DGIST, ‘양자점 박막’ 개발 성공

최종민(왼쪽부터) DGIST 교수, 한상민, 서가영 석박사통합과정생, 김영훈 국민대 교수.[DGIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 대구경북과학기술원(DGIST) 에너지공학과 최종민 교수 연구팀이 페로브스카이트 양자점의 표면 결함을 효과적으로 감소시켜 안정성과 효율성을 극대화한 새로운 표면 안정화 전략을 제시했다고 12일 밝혔다.

페로브스카이트 양자점은 뛰어난 광전기적 특성을 갖고 있을 뿐만 아니라 용액을 이용한 간편한 제조 과정으로 대량 생산이 가능한 장점이 있다. 이 때문에 차세대 광전자 소자에 적용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 페로브스카이트 양자점을 광전소자에 적용하기 위해서는 양자점 사이의 거리를 줄여 전도성을 향상시켜주는 ‘리간드 교환 과정’이 필수이다.

기존 리간드 교환 과정은 페로브스카이트 양자점 박막을 극성 용매에 녹인 이온성 리간드로 처리하는 방식이었다. 그러나, 이 과정에서 극성 용매가 양자점 표면을 손상시키고, 이온성 리간드와 양자점 사이에 약한 결합이 발생해 양자점 표면에 결함이 많이 생성된다. 이를 해결하기 위해 리간드 교환 과정 중에 결함 자리를 줄일 수 있는 다양한 리간드들이 도입되어 왔지만 모두 극성 용매에 분산되는 이온성 리간드의 활용이라는 큰 틀을 벗어나지 못했다.

표면 안정화 전략 모식도와 표면 안정화 전략을 통해 안정화된 페로브스카이트 양자점 박막 및 최종적으로 증가한 태양전지의 효율.[DGIST 제공]

연구팀은 무극성 용매를 사용해 양자점 표면을 보호하고, 공유결합성 리간드를 도입해 양자점 표면의 결함을 크게 감소시키는 새로운 접근 방식을 개발했다. 이렇게 함으로써 고효율과 장기 안정성을 가진 페로브스카이트 양자점 태양전지를 개발할 수 있게 되었다.

최종민 교수는 “무극성 용매는 이전의 극성 용매와 다르게 양자점 표면을 더 잘 보호해 결함이 덜 생기도록 해주었고, 공유결합성 리간드는 양자점 표면의 결함을 줄이는 데 크게 기여했다”라며 “앞으로 좀 더 양자점 표면 제어 연구에 집중하여 관련 재료의 상용화에 기여하고 싶다”고 말했다.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스’ 8월 16일 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com