페로브스카이트 양자점 태양전지 성능 올렸다

DGIST, 일정한 입자 크기 만들 수 있는 공법 개발
최초로 입자 크기와 태양전지 성능간 관계 입증
태양전지 1.27V 개방전압에 15.3% 효율 얻어내

DGIST 에너지융합연구부 김영훈 박사와 에너지공학전공 최종민 교수팀의 연구 성과가 에너지과학 분야 국제 학술지 'ACS 에너지 레터스(ACS Energy Letters)'에 온라인판 커버 논문에 선정됐다. DGIST 제공

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 페로브스카이트의 입자 크기를 일정하게 만들어낼 수 있는 기술을 개발했다. 입자 크기가 균일하면 태양전지 성능을 높일 수 있다. 또한 나노미터 크기의 페로브스카이 양자점은 태양전지 박막이나 소자를 만들때 열처리가 전혀 필요 없다. 향후 플렉시블-웨어러블 태양전지 소자 구현, 고색순도·고발광의 발광 다이오드 소자 분야 등 다양하게 적용될 것으로 연구진은 전망했다.

대구경북과학기술원(DGIST)는 에너지융합연구부 김영훈 박사와 에너지공학전공 최종민 교수팀이 나노미터 크기의 일정한 페로브스카이트를 활용해 태양전지 성능을 개선했다고 15일 밝혔다.

연구진은 이 기술을 이용해 페로브스카이 양자점 태양전지를 만들었다. 그결과 1.27V의 개방전압과 15.3%의 광전변환효율을 얻었다.

김영훈 박사는 "페로브스카이트 양자점의 특성이 약화될 수 있는 근본적인 원인을 해결해 향후 태양광 발전을 비롯한 발광 다이오드, 무전력 디스플레이 등 그 활용도가 매우 높을것으로 기대된다"고 말했다.

최근 태양전지 관심이 높아지며 넓은 영역에서 뛰어난 빛 흡수 능력을 갖는 양자점을 이용한 태양전지 연구가 활발하다. 특히 양자점은 차세대 태양전지의 핵심 소재로, 입자 크기에 따라 소재의 빛 흡수율과 발광 능력을 결정하는 '광학 밴드갭'을 자유자재로 조절할 수 있다.

페로브스카이트 양자점 태양전지를 만들기 위해 고품질의 페로브스카이트 양자점 합성은 필수다. 기존 페로브스카이트 양자점을만드는 방식은 크기와 분포가 균일하지 못하다.

연구진은 서로 크기가 다른 페로브스카이트 양자점들에 젤 투과 크로마토그래피 방식을 적용해 균일한 크기의 입자만을 선별할 수 있는 기술을 개발했다. 또한 매우 균일한 입자 크기를 갖는 단분산 페로브스카이트 양자점이 매우 우수한 광학, 광물리적 및 광전 특성을 가지고 있단 사실도 밝혀냈다.

뿐만아니라 연구진은 페로브스카이트 양자점 입자의 균일한 크기와 태양전지 성능간의 관계에 대해서도 연구를 진행했다. 그결과 페로브스카이트 양자점의 균일한 입자가 태양전지 성능에 긍정적인 영향을 미친다는 사실을 최초로 입증해냈다.

한편, 이번 연구는 POSTECH 화학공학과 박태호 교수 연구팀과 공동협력으로 진행됐으며, 에너지과학 분야 국제 학술지 'ACS 에너지 레터스(ACS Energy Letters)'에 온라인판 커버 논문으로 지난 11일 게재됐다.

[e-mail] 김만기 기자