무기 페로브스카이트 태양전지 성능·내구성 동시 향상…상용화 기술 개발

0차원 페로브스카이트 나노 결정과 3차원 페로브스카이트 간 격자 구조 배열 및 정렬. 임상혁 교수

차세대 고효율 태양전지 소재로 꼽히는 무기 페로브스카이트 태양전지 상용화를 앞당길 기술이 개발됐다.

한국연구재단은 임상혁 고려대 교수 연구팀이 장페이 텐진대 교수 연구팀, 홍기하 한밭대 교수 연구팀과 차원 융합을 통해 기존 3차원 무기 페로브스카이트 한계를 극복한 고효율 및 고안정성 무기 페로브스카이트 태양전지를 개발했다고 4일 밝혔다.

페로브스카이트 태양전지는 기술이 성숙하고 상용화가 임박해 기술 개발 경쟁이 매우 치열하다. 이 가운데 유기-무기 하이브리드 페로브스카이트는 전력 변환 효율이 뛰어나지만, 유기물로 인한 장기 안정성 문제가 상업화 장애물로 작용한다.

이를 해결할 수 있는 무기 페로브스카이트는 열 및 광 안정성이 뛰어나지만, 페로브스카이트 상 구조 안정성이 떨어지는 한계가 있어 상용화를 위해 새로운 접근 방법이 요구된다.

연구팀은 스프레이 코팅 기술을 활용해 고순도 0차원 페로브스카이트 나노 결정을 3차원 페로브스카이트층 위에 균일하게 도포했을 때 태양전지 효율과 안정성이 크게 향상됨을 규명했다.

이때 0차원 페로브스카이트 나노 결정은 전하 분리를 촉진하고, 비방사 재결합을 억제하는 동시에 3차원 페로브스카이트 격자를 고정해 변형을 방지함으로써 구조적 안정성을 획기적으로 강화하는 역할을 한다.

이러한 0~3차원 융합 구조는 태양전지의 열 및 광 안정성을 크게 향상시켜 21.03% 전력 변환 효율과 초기 효율 대비 92.48%를 유지할 수 있는 장기적인 내구성을 입증했다.

임상혁 교수는 “무기 페로브스카이트 태양전지 효율과 내구성을 모두 만족시키는 성과를 마련했다”며 “차원 융합 기술은 대규모 생산에도 적합한 제조 공정을 도입할 수 있어 다양한 산업 분야에서 친환경 에너지 솔루션으로 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구성과는 재료공학 분야 국제학술지 '어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)'에 지난달 17일 온라인 게재됐다.

이인희 기자 leeih@etnews.com