효율성·안전성 향상 페로브스카이트 태양전지 기술 개발

(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 효율성과 안전성이 향상된 페로브스카이트 태양전지 기술에 성공했다.

한국연구재단은 한밭대 홍기하 교수와 고려대 임사역 교수가 주도한 연구팀이 차세대 태양전지로 각광받고 있는 페로브스카이트 태양전지를 친환경적이면서 고효율로 제조할 수 있는 새로운 소재 기술을 개발했다고 4일 밝혔다.

연구팀은 페로브스카이트 태양전지를 상용화하는 데 있어 큰 장애로 여겨졌던 독성과 안전성 문제에 대해 해결책을 제시했다.

페로브스카이트는 태양전지의 핵심 소재로 중금속인 납을 쓰고 있어 줄곧 독성에 대한 안전성 문제가 제기돼 왔다.

친환경 고내구성 소재 개발을 위해 납 성분과 물과 반응을 잘하는 유기 분자를 제거할 수 있는 소재의 개발은 필수적이나 초기 단계여서 성과가 미미한 상황이다.

이에 연구팀은 납 대체물질로 가장 유망한 주석과 세슘을 적용, 최적 조성 탐구를 통해 최고 효율 11.87%의 무기물 기반 비납계 페로브스카이트 태양전지를 개발했다.

주석의 경우 효율과 안정성 측면에서 납 기반 물질보다 많이 뒤처져 있어 한계를 극복하기 위해서는 소재 조성의 최적화가 가장 중요하다.

한밭대팀은 이론적 분석을 통해 소재가 안정적이면서 고효율로 작동할 수 있는 조성영역을 탐색했고, 고려대팀은 세심한 정제과정을 통해 이론적으로 제시된 조성에서 실제 고효율 태양전지의 제조가 가능함을 증명했다.

연구팀은 또 태양전지의 성능에 중요한 역할을 하는 밴드갭 조절법에 대한 깊이 있는 연구를 통해 밴드갭을 낮게 조절할 수 있는 원리를 발견, 이를 통해 고효율 소재의 개발 방향을 제시했다.

연구진은 “개발한 태양전지는 친환경 무기 페로브스카이트 태양전지 중 가장 높은 효율을 보이지만 납 성분 소재 태양전지보다 아직 많이 뒤처져 있다"며 "후속 연구를 통해 주석기반 소재에서 발생하는 산화를 억제하는 기술을 개발할 계획"이라고 말했다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 원천기술개발사업과 기초연구사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 에너지 분야 국제학술지 ‘미국 화학회 에너지 레터스'에 지난달 7일 게재됐다.

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