차세대 태양전지 '페로브스카이트' 효율·안정성 높인 기술 개발

페로브스카이트 광활성층 구조와 태양전지 작동 원리
개발된 페로브스카이트 광활성층의 내부 구조와 페로브스카이트 태양전지 작동 원리를 나타낸 그림. [울산과학기술원 제공. 재판매 및 DB 금지]

    차세대 태양전지인 페로브스카이트의 발전 효율과 안정성을 동시에 높인 기술이 개발됐다.

    울산과학기술원(UNIST)은 에너지화학공학과 석상일 교수팀이 페로브스카이트 태양전지 광활성층의 미세구조 변형을 최소화해 발전 효율과 안정성을 높였다고 4일 밝혔다.

    연구팀은 이를 통해 25.17%(공인효율 24.44%)의 높은 발전 효율을 얻었다.

    지금까지 논문으로 보고된 페로브스카이트 태양전지 중 가장 높은 효율이다.

    연구팀에 따르면 페로브스카이트 태양전지는 상용화된 실리콘 태양전지와 달리 건물 외벽이나 주행하는 차량에 설치할 수 있는 장점이 있다. 태양광을 받는 각도에 영향을 덜 받고 가볍기 때문이다.

    페로브스카이트 태양전지 상용화에서 가장 중요한 과제는 안정성과 효율을 모두 갖춘 광활성층 소재를 개발하는 것인데, 광활성층은 태양광을 받아 전하 입자를 만들고 이를 전극으로 보내는 중요한 역할을 한다.

    이때 물질 내부 미세 구조에 결함이 많으면 전하 입자 전달 효율이 떨어지는 문제가 있다.

    연구팀은 광활성층인 페로브스카이트를 구성하는 입자(이온) 간 크기를 고르게 맞춰 주는 새로운 방법으로 내부 미세 구조가 틀어지거나 기울어져 발생하는 문제점을 해결했다.

    결함의 주요 원인을 이온 크기가 서로 맞지 않아 발생하는 구조적 변형이라고 봤기 때문이다.

    연구팀이 개발한 페로브스카이트 소재는 내부 압력과 변형이 완화돼 구조적 안정성을 얻었고, 결함이 적어 태양광을 전기 에너지로 바꾸는 효율도 높았다.'
 

석상일 교수
[울산과학기술원 제공. 재판매 및 DB 금지]

 

    석 교수는 "소재 원천 기술을 확보했다는 점에서 향후 차세대 태양전지 시장에서 기술적 우위를 점하는 데 이바지할 뜻깊은 연구"라고 말했다.

    이번 연구 결과는 세계적 과학 저널인 '사이언스'(Science)에 2일 자로 온라인 공개됐다.

    연구는 과학기술정보통신부 리더연구사업, 글로벌프런티어사업, 기후변화대응사업 등의 지원을 받아 이뤄졌다.

    석 교수는 페로브스카이트 태양전지로 '마의 효율'이라 불리던 20%를 처음 넘기고, 최고 효율을 스스로 다섯 차례나 경신한 적이 있다.

    사이언스에 발표된 논문은 이번으로 6편이며, 특히 '화학 분자 상호교환법'(Intramolecular exchange)과 '아이오딘 처리'(Iodide management) 논문은 최근 3년 동안 사이언스 전체 논문 중 인용 수 1위를 기록하고 있다.