차세대 태양전지 ‘페로브스카이트’ 상용화 걸림돌 문제 풀었다

차세대 태양전지인 페로브스카이트의 상용화의 걸림돌이었던 수분 취약성 문제를 해결할 수 있는 물질이 개발됐다.

페로브스카이트 태양전지는 20%가 넘는 높은 에너지 효율과 저렴한 소재 원가로 차세대 태양전지로 주목받고 있다. 다만 수분에 약해 상용화하는 데 어려움이 있었다.

울산과학기술원(UNIST)은 양창덕·곽상규 에너지화학공학과 교수팀이 김동석 한국에너지기술연구원 박사팀과 공동으로 '유기 정공수송층 물질'을 개발했다고 밝혔다. 페로브스카이트 태양전지의 광활성층이 수분이 노출되는 것을 막을 수 있는 물질이다. 이 물질은 또한 내구성을 높여 전지 효율까지 향상시킬 수 있다.
 
연구팀은 기존 태양전지 구성층 중 정공수송층의 수소를 불소로 바꾸는 방식으로 새 물질을 개발했다. 정공수송층은 광활성층이 빛을 받아 만든 정공(양전하입자)를 전극으로 나른다.

연구팀이 개발한 물질은 기름처럼 물과 섞이지 않는 성질이 가하다. 대기 중 수분을 흡수하지 않아 전지 효율을 오래 유지할 수 있도록 한다.

연구팀이 개발한 물질을 태양전지 정공수송층으로 쓴 결과 24.82%의 높은 효율도 얻었다. 이는 이제껏 논문으로 보고된 페로브스카이트 태양전지 중 최고 수준 효율이다.

미국 태양전지 공인 인증 기관인 뉴포트(Newport) 사에서 24.64%의 효율로 공인 인증됐다.

이번 연구 결과는 세계적 과학 저널인 '사이언스'(Science)에 25일 자로 온라인 공개됐다.

물질을 개발한 양창덕 교수는 "효율과 안정성이 높은 유기 정공수송층 개발 연구는 20년 동안 이어져 왔지만 두 가지 특성을 동시에 만족시킬 수 있는 물질을 찾기 어려웠다"며 "양립하기 어려웠던 두 가지 특성을 불소 원자 도입으로 동시에 해결했다"고 말했다.
 

공동연구팀이 개발한 물질이 적용된 페로브스카이트 태양전지. [사진=울산과학기술원(UNIST) 제공]