동국대, 화순전남대병원 연구팀과 소재·물리화학 국제학술지 논문 게재

선형입자가속기 활용한 연구 진행 결과 발표
'Journal of Physical Chemistry C' 1월 표지

[이데일리 김윤정 기자] 동국대는 물리반도체과학부 류승윤 교수팀과 화순전남대병원 방사선종양학과 조신행 교수팀이 페로브스카이트 태양전지의 응용을 위한 방사선 노출 연구 결과를 보고했다고 24일 밝혔다.

(왼쪽부터) 류승윤 동국대 물리반도체과학부 교수, 조신행 화순전남대병원 방사선종양학과 교수, 김상수 박사 이창민 박사과정. (사진 제공=동국대)

이같은 응용은 병원에서 사용되는 방사선량계로 활용할 수 있는 기초 연구에 해당하며, 연구팀은 연구에서 특정 임계점을 넘으면 태양전지가 더 이상 정상적으로 작동하지 않음을 통해 노출량을 유추할 수 있음을 광학적 분석과 함께 제시했다.

연구팀은 기존 비정실 실리콘 및 무기물 태양전지를 의료용 방사선 선량계로 적용하려는 시도는 있었으나 강한 방사선 내성을 가지는 페로브스카이트 태양전지의 활용은 연구되지 않았고 이에 우주와 같은 극한 환경에서도 활용이 가능한지 검증하기 위해 선형입자가속기를 사용한 방사선 노출 실험을 진행했다.

이번 연구에서 극한환경을 모사하기 위해 페로브스카이트 태양전지에 6 MeV 전자빔을 조사하는 것은 최초로 시도됐다. 병원에서 치료용으로 사용되는 방사선의 노출량은 약 1 fx / 50 Gy이나 그 수준을 높여 극한 수준의 노출량(3 kGy ~ 21 kGy)까지 검증을 진행했다. 연구팀은 특정 수준(15 kGy)에서 페로브스카이트 결정 내부에 결함이 발생하고 태양전지 성능이 저하됨을 제시했다.

또한 연구팀은 광학적 분석과 시뮬레이션을 통하여 페로브스카이트 결정 내부 결함에 대해서 교차검증하고 페로브스카이트 태양전지의 극한 환경 활용이 가능함을 제시했다. 하지만, 우주와 같은 극한 환경에 활용하기 위해서는 페로브스카이트 태양전지 자체의 안정성을 유지하기 위해 추가적 연구가 필요함을 보였다.

류승윤 동국대 물리반도체과학부 교수는 “최근 여러 분야에서 융합 및 공동연구에 대한 필요성이 대두되고 있다”며 “조신행 연구팀과 지식을 나누며 의료용 방사선량계와 우주와 같은 극한 환경에 적용할 기술을 연구할 수 있었다”라며 기대감을 나타냈다. 김상수 박사와 이창민 박사과정생은 “페로브스카이트 태양전지의 안정성이 아직은 좋지 않은 편이라 소자 제작과 분석에 어려움이 있었지만, 기존 태양전지에 비해 강한 방사성 내성을 가지는 페로브스카이트 특성상 태양전지의 극한환경 활용을 위한 연구의 초석을 세운다는 생각으로 연구를 진행했다”고 소감을 표했다.

해당 연구는 한국연구재단과 동국대학교의 지원으로 수행됐으며, <Radiation Tolerance of Organohalide-Based Perovskite Solar Cells under 6 MeV Electron Beam Irradiation>라는 제목으로 소재·물리화학 분야 저명 국제 학술지 「Journal of Physical Chemistry C (IF=4.17)」 2024년 1월 Cover로 선정돼 온라인 게재됐다.

선형입자가속기를 활용한 방사선 노출 실험 개요. (자료 제공=동국대)

김윤정 (yoon95@edaily.co.kr)