'유독성 납' 뺀 주석 페로브스카이트 태양전지 개발

(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 독성 금속인 납을 빼고 주석을 주원료로 만든 페로브스카이트 태양전지의 효율과 안정성을 높여 주목된다.

한국화학연구원(KRICT) 송창은 박사 연구팀은 고려대 임상혁 교수, 성균관대 정재기 교수, 케냐 나이로비대 엘리야 오몰로 아이 교수 연구팀과 주석 기반 페로브스카이트 태양전지에 중간층을 도입하거나 첨가제를 넣어 효율과 안정성을 개선하는 기술을 개발했다고 1일 밝혔다.

페로브스카이트 태양전지는 납이나 주석으로 만든 페로브스카이트 구조 결정은 빛을 전기로 바꾸는 특성이 우수하다. 하지만 납은 독성으로 인한 잠재적 위험성이 있고, 주석은 친환경적이나 효율이 낮다는 한계가 있다. 또 주석 페로브스카이트 태양전지의 경우 주석 이온이 공기 중 산소와 만나 쉽게 산화되는 큰 문제가 있다.

이는 결함으로 이어져 안정성을 낮추고 전하 이동을 방해해 빛-전기 변환 효율도 저하된다.

이에 연구팀은 태양전지 전극과 전자 수송층 사이에 중간층으로 ‘페릴렌 디이미드’ 소재를 추가해 개선하고 페로브스카이트 필름층에 ‘어븀 염화물(ErCl3)’도 첨가해 주석이 산화되는 것을 방지했다. 이와 함께 액체 상태의 페로브스카이트가 필름으로 굳을 때 균일하고 큰 결정 생성을 통해 결함을 줄이고 전자 이동을 도왔다.

이로써 13.05%의 광·전 변환 효율을 14.0%로 높였고 1000 시간 후 초기 성능의 80% 유지를 1300시간 후에도 80% 를 유지하는 성과를 냈다.

다만 실용화를 위해선 추가 성능 개선과 함께 대규모 생산 시 성능 유지, 외부 환경에서 고온·습기·자외선에 대한 장기 안정성 검증이 필요하다.

이영국 화학연 원장은 “친환경 차세대 태양전지 분야 기술 경쟁력을 높이고, 미래 시장 선점에 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구 성과는 국제적 권위의 미국 화학회 에너지 과학 저널 'ACS Energy Letters' 표지 논문으로 선정됐고 친환경 소재 및 에너지 분야 저명 학술지 'EcoMat'에 게재됐다.

memory4444444@news1.kr