고려대, 차세대 태양전지 핵심 기술 개발

진공 증착에 주목
정공수송층 구조 최적화

고려대 KU-KIST 융합대학원 박혜성 교수(왼쪽 첫 번째), 고려대 최윤성 박사(왼쪽 두 번째), 고려대 정승온 박사. (사진=고려대 제공) *재판매 및 DB 금지

[서울=뉴시스]전수현 인턴 기자 = 고려대 KU-KIST 융합대학원 박혜성 교수 연구팀이 울산과학기술원(UNIST) 양창덕 교수 연구팀과 함께 페로브스카이트 태양전지에서 발생하는 계면 손실을 줄이고 대면적 확장성을 높이는 핵심 기술을 개발했다.

페로브스카이트 태양전지는 특수 결정구조를 가진 소재로 만들어졌다. 뛰어난 광 흡수율과 전하 이동 특성을 가져 차세대 태양전지로 주목받고 있다.

특히 진공 증착 방식은 정밀한 공정과 넓은 면적 구현에 유리해 상용화에 적합하나 고효율을 위해서는 소재와 계면의 정교한 최적화가 필요하다.

전 공정 진공 증착 페로브스카이트 태양전지 모식도(왼쪽) 및 정공수송층 계면 손실 최소화 전략. (사진=고려대 제공) *재판매 및 DB 금지

이에 연구팀은 단일 구조의 올리고머(고분자보다 작고 단순한 구조의 분자) 기반 소재인 '트라이아릴아민 테트라머(TAA-tetramer)'를 합성했다. '트라이아릴아민 테트라머'란 정공 수송 특성을 갖는 트라이아릴아민(TAA) 단위 구조를 4개 연결한 올리고머 형태의 분자다.

그리고 이를 진공 증착 방식의 정공수송층(정공을 선택적으로 이동시켜 전극으로 전달하는 중간층)에 적용하고 분자 간 정렬을 유도해 전하 이동 경로의 에너지 장벽을 낮췄다.

그 결과 태양전지에서 광흡수 후 전하가 분리될 때 형성되는 에너지 준위 차이인 '준페르미 준위 분리(QFLS)'가 향상되며 전압 손실을 줄일 수 있었다.

연구팀이 개발한 정공수송층은 진공 증착 방식으로 제작한 페로브스카이트 태양전지에서 우수한 효율과 안정성을 동시에 구현했다. 특히 소형뿐 아니라 대면적 소자와 모듈에서도 성능이 유지됐다.

또한 장시간 빛에 노출되는 환경에서도 초기 효율의 80% 이상을 유지해 내열성과 계면 안정성에서 높은 내구성이 확인됐다.

박 교수는 "이번 연구는 전 공정 진공 증착 기반 페로브스카이트 태양전지에서 계면 최적화 전략의 실효성을 실험적으로 입증한 성과"라고 설명했다.

한편 본 연구 성과는 에너지 및 연료 분야의 세계적인 학술지 '어드밴스드 에너지 머터리얼즈(Advanced Energy Materials)' 온라인에 지난 2월 5일 게재됐다.

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