연구재단, 물에 잠겨도 성능 지속 가능한 태양전지 개발

재료연구원, 낚시 그물 구조 모사 '페로브스카이트 태양전지'
내수성·내구성 검증 완료, 상용화 속도

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 비를 맞거나 물에 잠겨도 성능을 유지하는 차세대 페로브스카이트 태양전지 기술을 개발했다.

한국연구재단은 한국재료연구원 김소연·임동찬 책임연구원 연구팀이 낚시 그물(Fishing-net) 구조의 분자 네트워크를 페로브스카이트 계면에 형성해 수분 침투를 막는 기술을 개발했다고 21일 밝혔다.

페로브스카이트 태양전지는 실리콘 태양전지 수준의 높은 효율을 유지하면서도 제작 비용이 낮고 얇고 가볍게 만들 수 있어 차세대 태양전지로 주목받고 있지만 수분과 산소에 취약해 비나 습기에 노출되면 성능이 급격히 떨어지는 단점이 있다.

연구팀은 외부에 보호막을 씌우는 기존 방식 대신 태양전지 자체를 물에 강하게 만드는 방법을 택했다.

구리 이온(Cu²⁺)을 연결 고리로 단단한 유기분자(BCP)와 유연한 고분자(PEIE)를 결합해 낚시 그물처럼 촘촘한 분자 네트워크를 계면에 형성했다. 이 구조는 수분 침투를 막는 동시에 성능 저하 원인인 내부 이온 이동도 억제한다.

연구팀은 실제 태양전지를 반복적으로 물에 담그는 침수 시험을 통해 내수성을 검증, 일반 공기 중에서 제작한 태양전지로 26% 이상의 광변환 효율을 기록했고 반복 침수 후에도 성능이 회복되는 것을 확인했다.

또 유연 기판에서도 1만회 이상 굽힘 시험을 통과해 내구성도 입증됐다.

이 기술은 건물일체형(BIPV)과 영농형 태양광, 자동차일체형 태양광(VIPV), 수중·실외 사물인터넷(IoT) 센서 전원, 웨어러블 기기 등 수분이 많은 환경에서도 안정적인 전력 공급이 필요한 다양한 분야에 활용될 것으로 기대된다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 나노과학·재료 분야 국제학술지 '나노-마이크로 레터(Nano-Micro Letters)'에 지난 17일 게재됐다.

김소연·임동찬 책임연구원은 "태양전지 소재 자체를 물에 강하게 만들어 상용화의 핵심 난제를 해결했다"며 "대량생산 공정과 실리콘 기반 탠덤 태양전지에 적용해 건물일체형과 영농형 태양광 등 다양한 분야에서 조기 상용화를 추진하겠다"고 말했다.

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