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드라이룸 탈출한 페로브스카이트태양전지

건국대 이만종 교수, 새 태양전지 제작법 개발
드라이룸 등 없애 설비투자비용 낮추는데 도움
습기가 있는 환경에서 다이부틸에터, 다이에틸에터 혼합 반용매를 사용해 반용매 세척법(아래 사진)으로 고품질의 페로브스카이트 박막을 만들었다. 건국대 이만종 교수 제공
습기가 있는 환경에서 다이부틸에터, 다이에틸에터 혼합 반용매를 사용해 반용매 세척법(아래 사진)으로 고품질의 페로브스카이트 박막을 만들었다. 건국대 이만종 교수 제공


[파이낸셜뉴스] 한국연구재단은 건국대 이만종 교수팀이 페로브스카이트 태양전지를 드라이룸 없이도 제작할 수 있는 새로운 방법을 개발했다고 6일 밝혔다. 이만종 교수는 "이 태양전지 제조기술이 설비투자 비용을 낮춰 페로브스카이트 태양전지 상용화를 앞당기는데 도움이 될 것"이라고 말했다.

연구진은 이 방법을 이용해 페로브스카이트 태양전지를 만들어 다른 방법으로 만든 태양전지와 비교실험했다. 그결과 일반 습도환경에서 만든 페로브스카이트 태양전지 중 가장 높은 효율인 22.06%를 기록했다. 또한 1200시간 동안 사용한 후에도 초기효율의 94%를 유지했다.

페로브스카이트 태양전지는 실리콘 대신 페로브스카이트 물질을 광흡수층으로 사용한다. 최고효율은 25.5%로 실리콘 태양전지의 효율인 26.7%에 버금가는데다 간단한 용액법으로 제작할 수 있다. 하지만 대면적화, 장기안정성, 제조설비 등이 상용화의 과제로 남아있다.

태양전지를 만드는 방법 중 반용매 세척은 페로브스카이트 성분물질이 녹아있는 용액에서 용매만을 휘발시켜 태양전지로 쓰일 얇은 막 형태의 페로브스카이트를 얻는다. 휘발과정을 적절히 조절하기 위해 반용매를 분사하는 것을 반용매 세척이라 한다.

그동안 반용매 세척은 엄격히 통제된 조건에서만 이뤄졌다. 높은 습도에서는 페로브스카이트가 녹아있는 용액이 수분과 결합하면서 고품질의 페로브스카이트 결정 형성을 방해하기 때문이다.

연구진은 습도에 따른 영향을 없애기 위해 페로브스카이트 물질을 다이부틸에터와 다이에틸에터에 녹여 용액으로 만들었다.

페로브스카이트 박막을 만들때 수분이 있을 경우 박막 표면을 올록볼록하게 만든다.
연구진은 매끄럽지 못한 박막 표면이 태양전지 효율을 떨어뜨린다는 것을 밝혀냈다.

이만종 교수는 "엄격히 조절된 환경 제약에서 벗어나 습기가 있는 조건에서도 고효율 페로브스카이트 태양전지를 만들 수 있는 가능성을 제시했다"고 말했다.

연구진은 이번 연구결과를 에너지소재 분야 국제학술지 '나노 에너지(Nano Energy)'를 통해 지난 7월 30일 공개했다.

monarch@fnnews.com 김만기 기자