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고효율에 안정된 페로브스카이트 태양전지 개발..수명도 2배 향상

부산대·재료연구소, 첨가제 통한 고효율·고안정성 태양전지 개발
차세대 대면적 페로브스카이트 태양전지 모듈 및 실용화 기여

  • 기사입력 : 2018년09월16일 15:42
  • 최종수정 : 2018년09월16일 15:42
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[서울=뉴스핌] 김영섭 기자 = 기존 페로브스카이트 태양전지의 수명을 2배로 늘리고도 고효율과 안정성을 모두 확보한 새로운 개념의 기술이 개발됐다. 

16일 한국연구재단에 따르면 부산대 화학교육과 진성호 교수와 한국기계연구원 부설 재료연구소 송명관 박사 연구팀은 첨가제를 통해 20%가 넘는 고효율에다 안정된 페로브스카이트 태양전지를 개발했다. 

연구결과는 재료 분야의 세계적인 학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼스 (Advanced Energy Materials)’에 이달 10일자로 게재됐다. 

[그림] 액정고분자를 사용한 페로브스카이트 필름 특성 : 액정고분자를 사용하지 않은 페로브스카이트 필름(a) 그리고 최적화된 액정고분자를 도입한 페로브스카이트 필름(b)을 보여주고 있다. 액정을 도입한 페로브스카이트 입자 사이즈는 증가한 반면에 필름 거칠기는 낮아짐을 보여준다. 액정 고분자를 도입한 필름은 (110) 방향성 및 결정성이 좋아진다는 것을 보여준다(c).

페로브스카이트(perovskite)는 부도체, 반도체, 도체의 성질은 물론 초전도 현상까지 보이는 특별한 구조의 금속 산화물로, 회티타늄석이라고도 한다. 이를 기반으로 한 유·무기 하이브리드 태양전지가 페로브스카이트 태양전지로, 현재 시장에서 주류를 차지한다. 하지만 고효율을 유지하면서 안정성이 우수한 전지 제작에 상당한 어려움움을 겪어 왔다. 

연구팀은 이런 문제점을 해결하기 위해 액정폴리머(Liquid crystalline polymer)를 도입했다. 그 결과 필름 자체의 전도성 향상과 표면제어를 통해 광전 효율도 더 높여주면서 안정성도 획기적으로 향상됐다. 

액정폴리머는 페로브스카이트 필름에서의 입자 크기를 증가시켜 광전 변화 효율을 기존 18%에서 20.63%로 상승시켰다. 특히 페로브스카이트 태양전지 효율의 감소 원인 중 하나인 히스테리시스가 거의 발생하지 않는다. 

또한 액정폴리머는 페로브스카이트 물질 자체의 분해를 느려지게 함으로써 소자의 수명이 2배 이상 우수한 것으로 나타났다. 

부산대 화학교육과 진성호 교수 2018.09.16. [자료=한국연구재단]

진성호 교수는 “개발된 새로운 개념의 페로브스카이트 태양전지는 고품질의 페로브스카이트 박막제어와 대면적으로 균일한 코팅 공정이 가능해 차세대 대면적 페로브스카이트 태양전지 모듈 및 실용화에 크게 기여할 수 있을 것”이라고 연구 의의를 밝혔다.

 

kimys@newspim.com

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