GIST, 저온공정서도 고효율·안전한 태양전지 개발

[광주=뉴시스]ITO-free' 유연 페로브스카이트 태양전지와 효율 그래프.

[광주=뉴시스] 배상현 기자 = 광주과학기술원(GIST)은 차세대에너지연구소 강홍규 책임연구원·장수영 연구교수·이광희 교수 연구팀이 저온 공정에서도 높은 효율과 안정성을 확보한 차세대 태양전지 제조 기술을 개발했다고 19일 밝혔다.

페로브스카이트 전자수송층으로 주로 사용되는 주석산화물(SnO2)은 일반적으로 150도 이상의 고온에서 열처리되지만 이는 유연 투명전극으로 주로 사용되는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET·합성수지)에 열적 수축과 같은 악영향을 준다.

연구팀은 고온 열처리 문제를 해결하기 위해 나프탈렌 디이미드 물질을 도입해 저온 공정에서도 균일한 전자수송층 박막을 형성했다.

개질된 전자수송층을 기반으로 한 유연 페로브스카이트 태양전지는 17.48%의 효율을 나타냈으며, 이는 지금까지 보고된 인듐주석산화물(ITO)이 포함되지 않은 유연 투명전극 필름 가운데 저온 공정으로 제작된 페로브스카이트 태양전지 중 가장 높은 효율이라고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 개질된 주석산화물은 전자수송층과 페로브스카이트층 사이의 결함을 줄이고, 비발광재결합을 억제함으로써 페로브스카이트 태양전지의 효율을 향상시켰다.

그 결과 최대 출력 상태 기준으로 측정한 출력이 기존의 주석산화물을 사용한 경우에는 주변 공기 환경에서 360분 동안 초기 출력 대비 45% 감소한 반면 개질된 주석산화물을 사용한 경우에는 초기 출력 대비 5%만 감소해 광 안정성이 현저히 개선됨을 확인할 수 있었다.

강홍규 책임연구원은 “유연 페로브스카이트 태양전지 개발에 큰 걸림돌인 고온 공정 문제를 해결할 뿐 아니라 저온 공정을 통해 높은 에너지 변환 효율을 갖는 `ITO-free' 유연 페로브스카이트 태양전지를 개발했다는 데 의의가 있다”며 “향후 페로브스카이트 기반 유연 태양전지의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 기후변화대응기술개발사업, 중견연구사업, 광주과학기술원 차세대에너지연구소 기관고유사업의 지원을 받아 수행됐다.

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