‘차세대 태양전지’ 효율 개선할 신소재 개발…아주대 공동연구팀, 특허 등록

아주대 공동연구팀이 차세대 태양전지로 주목받아온 페로브스카이트 태양전지의 에너지 변환효율을 높이는 신소재를 개발했다고 30일 밝혔다. 

아주대에 따르면 페로브스카이트 태양전지는 빛을 전기로 바꾸는 효율이 뛰어나고, 전하(전류의 흐름을 만드는 입자) 이동 성능이 우수해 기후변화에 대응할 차세대 태양전지로 주목받아왔다.

‘어드밴스드 에너지 머티리얼스’ 표지 논문 아주대 제공

특히 용액 공정(용액의 재료를 사용해 필름 형태의 태양전지를 만드는 기술)이 가능해 제조 비용을 크게 줄일 수 있다. 덕분에 기존 실리콘 기반의 태양전지를 대체할 소재로 손꼽혔다.

하지만 용액 공정 과정에서 재료의 결정 구조에 결함이 생길 수밖에 없어 태양전지의 에너지 변환 효율이 다소 떨어진다는 한계를 지녔다.

이에 김종현 아주대 응용화학생명공학과·대학원 분자과학기술학과 연구팀은 부경대, 호주 뉴사우스웨일즈대, 영국 서리대 연구팀과 공동 연구를 진행해 실내외 환경에서 태양전지의 효율을 개선할 수 있는 계면 소재를 개발했다고 밝혔다.

왼쪽부터 김종현(아주대 응용화학생명공학과·대학원 분자과학기술학과) 교수, 장재원(부경대 고분자·화학소재공학부) 교수, 윤재성(호주 뉴사우스웨일즈대학 및 영국 서리대학) 박사. 아주대 제공

김 교수팀이 이번에 개발한 신규 계면소재는 페로브스카이트 표면에 형성된 결함 부위에 결합해 그동안 지적받아온 결함 문제를 효과적으로 제거했다. 또 양극성이라는 특성을 지녀 전자와 정공을 모두 효과적으로 수송하는 역할을 맡는다. 이는 태양전지의 장기적 안정성 향상에 기여한 것으로 평가받는다.

김 교수는 “이번 연구 결과는 태양전지뿐만 아니라 페로브스카이트 소재가 사용되는 디스플레이, 광검출기 등 다양한 광전소자의 성능 개선에도 폭넓게 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.

공동연구팀이 개발한 신소재의 화학구조. 아주대 제공

이번 연구는 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 뒤 특허로 등록됐다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼스’(Advanced Energy Materials)의 이달 호 표지 논문에 선정됐다.

수원=오상도 기자 sdoh@segye.com