UNIST, 음극 중간층 삽입한 페로브스카이트 태양전지 개발

장성연 교수팀…고효율 고안정성으로 조기 상용화 기여

UNIST 연구팀(뒷줄 왼쪽부터 시계방향으로 류정기 교수, 장지욱 교수, 장성연 교수, 라쉬미 메로트라 연구원, 무히불라 알 무바로크 연구원, 최유리 연구조교수)

UNIST가 페로브스카이트 태양전지 안정성 향상 기술을 개발했다. 고효율 장시간 구동이 가능해 페로브스카이트 태양전지 상용화에 기여할 전망이다.

UNIST(총장 이용훈)는 장성연·류정기·장지욱 에너지화학공학과 교수팀이 곽상규 고려대 교수팀과 공동으로 높은 안정성에 에너지 전환 효율도 높은 주석-납 할로겐화합물 페로브스카이트 태양전지를 개발했다고 9일 밝혔다.

연구팀은 주석-납 할로겐화합물 페로브스카이트 활성층과 금속 전극 사이에 특수 설계한 음극 중간층을 삽입해 태양전지 소자의 안정성과 효율을 동시에 높였다.

금속 할로겐화합물 페로브스카이트는 빛을 받으면 전자를 방출하는 '광전자' 특성이 우수한 태양 에너지 응용 분야 유망 소재다. 이 가운데 혼합 주석-납 할로겐화합물 페로브스카이트(TLHP)는 가시광선에서 근적외선 영역까지 태양광을 흡수할 수 있는 고효율 소재다.

하지만 TLHP는 기존 납 기반 페로브스카이트보다 대기 중 안정성이 낮아 소재 고유 장점을 활용하기 어려웠다.

[연구그림] 금속이온 확산의 화학적 장벽 역할을 하는 페릴렌 디이미드 분자 적용으로 안정성이 향상된 광전기화학 장치 개략도

연구팀은 TLHP를 화학적으로 보호할 수 있는 음극 중간층으로 지방족 아민(암모니아의 수소가 지방족 탄화수소기로 치환된 화합물을 통틀어 이르는 말)기능화 페릴렌 디이미드를 도입해 이 문제를 해결했다. 페릴렌 디이미드를 광활성층인 페로브스카이트 상부층에 삽입해 화학적 장벽 역할을 유도해 안정성을 확보하고, 고효율 전자 이동을 구현했다.

페릴렌 디이미드 적용 소자는 광전변환효율 23.21%를 타나냈고, 60℃에서 750시간 동안 사용해도 초기 대비 81% 이상 효율을 유지했다.

장성연 교수는 “주석-납 기반 페로브스카이트 태양전지 주요 이슈 가운데 하나였던 소자의 장기 안정성을 획기적으로 높인 성과”라며 “빛을 전기 에너지로 전환하는 것을 넘어 수소 같은 기초 화학물질을 친환경적으로 생산할 수 있는 단계까지 발전시키는 것이 최종 목표”라고 말했다.

울산=임동식기자 dslim@etnews.com