UNIST·에너지硏, 신소재 정공수송층 개발로 전지 내열성·장기안정성 확보

 

UNIST와 한국에너지기술연구원 연구진이 모듈 형태로 크기를 키운 페로브스카이트 태양전지의 최고 효율 기록을 경신했다. 이 같은 연구 결과는 광전자공학 최고 권위 저널인 네이쳐 포토닉스에 1월 17일 자(현지 시각)로 공개됐다.

 

UNIST 양창덕 교수와 한국에너지기술연구원 김동석·이찬우 책임연구원 공동 연구팀은 페로브스카이트 태양전지용 유기물 신소재를 개발했다. 상용화를 위해서는 전지를 큰 크기로 만들어도 고효율을 유지해야 하는데, 이 소재를 써 만든 페로브스카이트 태양전지는 모듈 형태로 확장했을 때도 21.83%의 높은 효율을 기록했다.

 

 

또 장기안정성과 내열성 문제도 크게 개선돼 차세대 태양전지로 꼽히는 페로브스카이트 태양전지의 상용화 전망이 한층 밝아졌다.

 

연구진은 페로브스카이트 태양전지의 정공수송층(HTM)용 유기 소재를 새롭게 개발해 이 같은 성과를 올렸다. 정공수송층은 전지 효율을 결정하는 핵심 요소 중 하나로, 태양광 생성 전하입자(정공)를 전극으로 전달하는 중요한 역할을 한다.

 

정공 전달 성능을 끌어올리기 위해 넣는 첨가제 때문에 기존 소재는 수분과 열에 취약하다는 문제가 있었지만, 이번에 개발된 정공수송층 소재는 고온도 잘 견디고 수분에도 강하다.

 

개발된 정공수송층 소재를 쓴 페로브스카이트 전지는 60℃ 이상의 고온에서 전지를 작동하는 열 안정성 실험과 2000시간에 걸친 장기 내구성 평가에서도 기존 소재보다 월등히 향상된 성능을 보였다.

 

또 전지 크기를 25㎠ 확장해 모듈 형태로 제작했을 때도 21.83%의 고효율을 달성했는데 이는 보고된 모듈의 광전변환효율 중 세계 최고 수준이다.

 

한국에너지기술연구원 김동석 책임연구원은 “페로브스카이트 태양전지를 상용화하기 위해서는 열 안정성 문제를 극복해야만 한다”며 “이번 연구로 60℃ 이상에서도 매우 안전한 정공수송층 소재를 개발해 페로브스카이트 태양전지 상용화의 전기를 마련했다”라고 평가했다.

 

UNIST 에너지화학공학과 정민규 박사는 “페로브스카이트 태양전지 상용화의 걸림돌인 안정성 문제를 나프탈렌 구조 첨가라는 소재 설계 전략을 통해 해결했다”라고 설명했다.

 

양창덕 교수는 “대체 정공수송층 소재를 개발하려는 시도가 많았음에도 불구하고, 최고 수준의 정공 전달 성능을 유지하는 동시에 소재의 안정성까지 확보한 연구는 거의 없었다”라며 “이번 연구는 향후 페로브스카이트 태양전지용 유기 소재 개발에 있어서 새로운 전략을 제시하는 연구”고 말했다.

 

헬로티 이동재 기자 |