페로브스카이트 태양전지가 수분에 강해졌다

POSTECH 연구진, 유기스페이서 분자첨가제 개발
광전효율 21.3%… 습도 60%에도 500시간 이상 유지

포항공과대학교 조길원 교수 연구팀이 페로브스카이트 태양전지의 유기스페이서 분자첨가제를 개발해 연구결과 실린 '어드밴스트 에너지 머티리얼즈'의 표지논문. 포항공과대 제공

[파이낸셜뉴스] 포항공과대학교(POSTECH)는 화학공학과 조길원 교수 연구팀이 페로브스카이트 태양전지의 광전효율을 높이고 습기에도 오래 버틸 수 있는 유기스페이서 분자첨가제를 개발했다고 16일 밝혔다.

연구진은 분자첨가제를 적용한 태양전지가 21.3%의 광전효율을 달성했다고 말했다. 또한 수분 안전성을 확보해 60%의 상대습도 조건에서 500시간이 지나도 초기 효율의 80% 이상을 유지했다고 설명했다.

페로브스카이트 태양전지는 저비용 공정이 가능하며 우수한 광전기적 특성을 가져 차세대 태양전지 소재로 주목받고 있다. 그러나 핵심 소재인 페로브스카이트 물질이 빛과 수분에 취약해 상용화에 어려움이 있다.

연구진은 페로브스카이트 태양전지가 습기에 취약한 문제를 해결하기 위해 유기스페이서 이온을 첨가했다.

이를 이용해 2차원 및 3차원 페로브스카이트가 공존하는 하이브리드 페로브스카이트 광활성층을 개발한 것이다. 유기스페이서는 3차원 페로브스카이트 결정의 표면에서 2차원 페로브스카이트 구조를 만드는데, 이 구조는 물을 배척하는 성질이 커서 수분에 대한 저항성을 높이는 안정화층 역할을 한다.

또, 새롭게 도입한 유기스페이서는 2차원·3차원 페로브스카이트 결정계면의 기계적 응력을 최소화시켜 3차원 페로브스카이트 결정의 핵생성과 성장을 촉진시킬 수 있음을 최초로 발견했다.

이 결과, 광활성층인 3차원 페로브스카이트 결정의 내부결함이 대폭 감소했다.

조길원 교수는 "이번 연구는 고성능·고안정성 페로브스카이트 태양전지를 만들기 위한 유기스페이서 분자설계의 새로운 관점을 제시해 페로브스카이트 태양전지 기술의 상용화에 이바지할 수 있는 원천기술이 될 것"이라고 전망했다.

이번 연구결과는 에너지 분야에서 세계적인 과학저널 '어드밴스트 에너지 머티리얼즈'의 표지논문으로 최신호에 게재됐다.

[e-mail] 김만기 기자