광주과학기술원(GIST) 연구진이 차세대 태양전지 제작에 필수적으로 사용되는 신물질을 개발했다.
GIST 신소재공학부 김호범 교수는 스위스 로잔 연방공대 나지루딘 교수팀, 다이슨 교수팀, 이탈리아 콘실리오 국립연구소 포지 박사팀과 함께 페로브스카이트 태양전지 정공수송용 신규 소재 'BSA50'를 개발했다고 1일 밝혔다.
페로브스카이트 태양전지는 금속-할로겐 페로브스카이트 소재를 태양광 흡수를 위한 광활성층으로 사용하는 태양전지다.
최근 실리콘 태양전지와 동등한 수준의 효율이 보고됐고, 낮은 제작 단가·용이한 생산 공정·유연화 가능 등의 장점이 있어 실리콘 태양전지를 이을 차세대 태양전지로 주목받고 있다.
연구진은 태양전지의 광 흡수층 내 생성된 전하(양전하)를 효과적으로 수송해 추출하는 역할을 하는 '정공수송층' 소재를 신소재로 대체해 페로브스카이트 태양전지 상용화 가능성을 제시했다.
새로운 정공수송층 소재인 BSA50을 적용한 페로브스카이트 태양전지는 기존 정공수송층을 사용한 소자의 광전변환 효율과 거의 비슷(97% 수준)한 22.65%의 효율을 보였다.
안정성 면에서는 태양광 아래 1000시간 동안 작동 후에도 초기 효율 대비 89% 이상 유지됨을 보여줘, 기존 소재 효율(82%)보다 우수한 것으로 나타났다.
또 대면적 페로브스카이트 태양광 모듈(6.5×7㎠)을 제작해 실험한 결과, 기존 소재를 사용하지 않은 모듈 중 세계 최고 효율인 21.35%를 달성했다.
김호범 교수는 "기존 소자 효율은 유지하면서 안정성은 크게 향상할 수 있는 정공수송층 신물질을 개발해 향후 페로브스카이트 태양전지 상용화에 크게 기여할 것이다"고 말했다.
국제 공동 연구팀이 수행한 이번 연구는 유럽연합 'Horizon 2020 연구 및 혁신 프로그램 중 APOLO 프로젝트' 사업의 지원을 받아 수행됐다. 해당 논문은 화학 분야 최고 권위지인 '앙게반테 케미' 2022년 10월 5일 자 온라인판에 게재됐다.
헬로티 이창현 기자 |
