태양전지·LED 동시 고효율 구동…무결점 산화주석 소재 개발

고품질 SnO₂ 박막 합성을 위한 과잉 리간드 전략 메커니즘 (한국연구재단 제공) /뉴스1

(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 한국연구재단은 성균관대학교 신성식 교수 연구팀이 울산과학기술원 석상일 교수, 한국화학연구원과 공동으로 과량의 리간드 기반 화학용액증착(CBD) 공정을 통해 하나의 소자로 두 가지 기능을 구현하는 무결점 산화주석(SnO₂) 소재를 개발했다고 25일 밝혔다.

SnO₂는 고성능 태양전지 소재로 주목받는 페로브스카이트 개발에 사용되지만 소재 내 결함으로 효율과 장기적 안정성이 떨어진다는 문제가 있다.

CBD 공정 역시 Sn과 리간드의 강한 결합으로 인해 균일한 SnO₂ 박막을 얻기 어렵고 공정 시간이 매우 길다는 단점이 있다.

연구팀은 CBD 공정에 과량의 리간드 전략을 도입, SnO₂ 전자수송층 내 결함을 획기적으로 줄여 표면재결합 속도를 가장 낮은 수치까지 낮췄다.

이렇게 만들어진 SnO₂ 소재를 페로브스카이트 태양전지에 적용한 결과 하나의 소자에서 태양전지 효율 26.4%, LED 효율 24.8%라는 획기적인 성과를 달성했다.

또 저온·용액 기반 공정 프로세스로 고가 장비 없이도 증착 효율을 크게 증가시켜 공정 시간을 획기적으로 단축했다.

이번 연구성과는 하나의 소자에서 고성능 페로브스카이트 태양전지와 고성능 LED를 동시에 구동할 수 있는 기술을 개발했다는 데 의의가 있다고 연구팀은 설명했다.

신 교수는 "공정 시간은 줄이면서도 산화물 소재의 고질적 결함을 잡아 고성능 태양전지와 LED를 동시에 구현할 수 있는 길을 열었다"며 "제조 비용을 낮추면서도 성능은 높이는 꿈의 광전소자 상용화를 현실로 만드는 디딤돌이 될 것"이라고 말했다.

이번 연구의 성과는 에너지 분야 국제학술지 '네이처 에너지(Nature Energy)'에 게재됐다.