값싼 주석염화물로 페로브스카이트 태양전지 상용화 앞당긴다

UNIST, 장시간 열과 자외선 견디는 태양전지 구현

김동석 울산과학기술원(UNIST) 탄소중립대학원 교수와 조임현 한국에너지기술연구원 연구원 공동 연구진이 값싼 주석염화물을 사용해 태양전지의 안정성을 높이는 데 성공했다. 왼쪽부터 반시계 방향으로 이번 연구를 진행한 UNIST의 김동석 교수, 송지원 연구원, 신윤섭 박사후연구원./UNIST

국내 연구진이 차세대 태양전지로 꼽히는 페로브스카이트 태양전지의 상용화를 앞당길 방법을 찾았다.

김동석 울산과학기술원(UNIST) 탄소중립대학원 교수와 조임현 한국에너지기술연구원 연구원 공동 연구진은 값싼 주석염화물을 사용해 태양전지의 안정성을 높였다고 2일 밝혔다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼스(Advanced Energy Materials)’에 지난달 3일 게재됐다.

페로브스카이트 태양전지의 효율을 높이기 위해서는 전자가 잘 흐르도록 돕는 박막인 ‘전자수송층’의 표면 결함을 제어하는 것이 중요하다. 이 결함은 태양전지의 효율뿐만 아니라 안정성에도 큰 영향을 미친다.

연구진은 주석염화물을 물에 녹여 전자수송층으로 쓰이는 주석산화물층에 도포했다. 이후 처리 과정에서 형성된 수산화주석이 산화물의 상층부를 완전히 산화시켰다. 결과적으로 산이 산화물층 표면의 재결정화를 일으켜 전자 이동성을 개선할 수 있었다.

연구진은 이번에 개발한 기술이 전지의 효율과 장기 안정성을 동시에 확보하는 핵심 기술이라고 설명했다. 주석산화물층을 만드는 ‘화학용액증착법’ 과정에서는 일부 주석이 산화되지 않아 표면에 뭉침 현상이 나타나면서 결함이 생긴다. 따라서 박막을 만든 후에 결함을 줄이는 처리가 중요하다.

페로브스카이트 태양전지를 상용화하기 위해서는 다양한 인증시험 통과가 필수적이다. 연구진은 전자수송층을 개선해 소자의 효율을 높였다. 장시간 열과 자외선에도 견디는 것을 확인했다.

김동석 교수는 “이번 연구를 통해 주석산화물의 뭉침 현상을 억제하고 결정성을 높이는 데 성공했다”며 “이 기술이 태양전지의 안정성을 높이는 중요한 역할을 할 것”이라고 밝혔다. 연구에 참여한 UNIST의 송지원 연구원, 신윤섭 박사후연구원은 “값싼 주석염화물을 사용해 고효율, 고강도를 동시에 실현해 에너지 산업에 긍정적인 변화를 줄 것으로 기대한다”고 전했다.

참고 자료

Advanced Energy Materials(2024), DOI: https://doi.org/10.1002/aenm.202401753

- Copyright ⓒ 조선비즈 & Chosun.com -