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열 문제 잡은 페로브스카이트, 태양전지 효율 높여

고질적 열문제 해결하면서 안정성·효율 동시에 확보

열 문제 잡은 페로브스카이트, 태양전지 효율 높여
개발된 페로브스카이트 태양전지의 소자구조 및 페로브스카이트 층의 열 안정성


[산업일보]
페로브스카이트 태양전지가 상용화되기 위해서는 수분 및 열에 대한 안정성 확보가 필수적이다. 그중에서도 열에 대한 안정성 연구는 현저히 부족한 실정이다.

그나마 열 안정성을 확보하기 위해 무기물 페로브스카이트를 사용하는 방법이 보고됐다. 하지만 밴드갭이 넓어, 효율이 13%에 그칠 뿐이었다. 열 안정성을 추구하다 효율이 낮아진 것이다.

이에, 페로브스카이트 태양전지의 고질적인 문제, 열 안정성을 향상시키는 기술이 개발돼, 상용화에 한걸음 다가갔다. 박태호 교수(포항공과대학교) 연구팀이 열적으로 안정한 고효율의 페로브스카이트 태양전지 제작 기술을 개발했다고 한국연구재단(이사장 노정혜)은 밝혔다.

연구팀은 전자 및 정공 전달층을 제어함으로써 페로브스카이트 태양전지의 높은 효율을 유지하면서도 열에 대한 취약성을 개선했다.

이 연구에서는 전자 전달층을 쯔비터 이온으로 개질했고 첨가제가 필요 없는 전도성 고분자를 정공 전달층으로 사용했다. 기존 정공 전달층 물질은 수분과 열 안정성이 저하됨에도 불구하고 정공 이동도를 높이기 위해 첨가제를 사용했던 한계를 개선했다.

개발된 페로브스카이트 태양전지는 광전환효율이 20.5%로 높은 효율을 유지한다. 또한 고습 및 고온에서 장기 안정성도 우수해, 140시간이 지난 후에도 초기 효율의 93%를 유지했다. 일반 소자는 초기 효율의 43%로 저하된 것과 대비된다.

박태호 교수는 “이 페로브스카이트 태양전지 연구는 열 안정성과 고효율을 동시에 달성한 최초의 보고”라며, “향후 가혹한 구동환경에서도 활용 가능한 고효율 페로브스카이트 태양전지를 제작해, 상용화를 앞당기는데 기여할 것이다“라고 연구의 의의를 설명했다.

박 교수의 설명에 따르면, 페로브스카이트 태양전지는 매우 높은 광전변환효율을 달성하며 미래 에너지원으로 주목받는 차세대 태양전지이다. 하지만 아직까지 외부 자극에 대한 취약성이 개선되지 못하고 있는 실정이다. 이 연구는 고효율을 유지하면서도 열 안정성을 크게 개선시킬 수 있는 방안을 제시하고 있다.

특히, 현재 페로브스카이트 태양전지 상업화의 가장 큰 걸림돌은 실제 구동 환경에서 소자의 열 안정성이다. 따라서 열 안정성과 광전변환효율을 동시에 향상시킬 수 있는 연구는 페로브스카이트 태양전지의 상업화를 가속화시키는데 이바지할 것으로 기대된다.
김진성 기자 weekendk@kidd.co.kr

안녕하세요~산업1부 김진성 기자입니다. 스마트공장을 포함한 우리나라 제조업 혁신 3.0을 관심깊게 살펴보고 있으며, 그 외 각종 기계분야와 전시회 산업 등에도 한 번씩 곁눈질하고 있습니다.

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