[인더스트리뉴스 정한교 기자] 국내외에서 페로브스카이트 상용화를 위한 연구가 한창이다. 차세대 태양전지로 주목받는 페로브스카이트는 기존 실리콘 태양전지에 비해 유연화, 경량화가 가능하다는 장점뿐만 아니라 원가가 낮아 높은 경제성 또한 자랑한다.

이에 재생에너지 시장의 게임 체인저로 주목받으며, 페로브스카이트 태양전지의 상용화를 위한 기술개발이 뜨겁다. 이러한 가운데, UNIST 연구팀이 페로브스카이트 태양전지의 결함 문제를 해결해 효율성과 안정성을 획기적으로 개선했다. 페로브스카이트 태양전지의 상용화 가능성이 한층 높아질 전망이다.

UNIST(총장 박종래) 에너지화학공학과 김진영, 김동석 교수와 화학과 이근식 교수 공동연구팀은 페로브스카이트 광활성층과 전자수송층 사이에 양방향 조율 분자를 넣어 이온 배열을 정밀하게 조절하고, 구조의 불규칙성을 줄이는데 성공했다고 19일 밝혔다.

양방향 조율 분자 도입… 하부층 내부 결함 최소화

페로브스카이트 태양전지는 높은 효율과 저렴한 제조 비용 덕분에 주목받아왔지만, 여러 결함 문제로 상용화가 어려웠다. 연구팀은 이러한 결함을 해결하기 위해 트리플루오로아세테이트(TFA-)라는 특수한 이온을 페로브스카이트와 전자수송층인 주석산화물 박막 사이에 넣었다.

TFA-의 카복실레이트 그룹(-COO-)은 주석산화물에 단단히 붙어 구조를 안정시켰다. 동시에 –CF3 그룹은 페로브스카이트 층과 상호작용하는 양방향 조율 분자를 통해 결함을 효과적으로 줄였다.

연구팀은 페로브스카이트 박막의 불규칙한 구조를 제어하고, 전하가 이동하는 특성을 크게 개선했다. 이 기술로 제작된 태양전지는 25.60%의 높은 효율을 기록했으며, 장시간 빛을 받는 상황에서도 뛰어난 안정성을 유지했다.

UNIST 에너지화학공학과 김동석 교수는 “페로브스카이트 박막의 하부 결함을 극복하는 중요한 돌파구를 마련했다”며, “이 성과는 페로브스카이트 태양전지의 상업화 가능성을 한층 더 높여줄 것”이라고 말했다.

한편, 연구에는 이재휘 석·박 통합과정 연구원, 신윤섭 박사, Elham Oleiki 박사가 제1저자로 참여했으며, 과학기술정보통신부와 한국연구재단(NRF)의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 7월 'Energy & Environmental Science' 온라인 저널에 게재됐다.

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