국내 연구진이 차세대 태양전지로 각광받고 있는 페로브스카이트 태양전지의 수명과 효율을 높일 수 있는 신소재를 개발해 상용화를 앞당길 전망이다.

UNIST 김진영 교수(교신저자)와 한양대학교 최효성 교수(제1저자)가 주도하고 미국 캘리포니아주립대학교 산타바바라 분교가 공동으로 참여해 페로브스카이트 태양전지에 적용하는 새로운 정공수송층 소재로 중성의 ‘CPE-K’ 물질을 개발했다고 밝혔다.

페로브스카이트는 부도체·반도체·도체 성질은 물론 초전도 현상까지 보이는 금속 화합물을 말하는 것으로 이를 광흡수층으로 한 태양전지는 기존의 실리콘 태양전지 보다 제작단가가 획기적으로 낮고 광효율도 20%로 비슷해 차세대 태양전지로 각광받고 있다. 전지 내에서 전자 전달체와 전공 수송층의 위치를 맞바꾼 역구조 페로브스카이트 태양전지는 고효율 플렉서블 형대로 제작도 가능하다.

그러나 기존 역구조 페로브스카이트 태양전지에서 정공수송층으로 널리 쓰이는 소재(PEDOT:PSS)는 강산성으로 빛을 흡수하는 면(광흡수층)을 부식시켜 소자 수명을 단축시켰다. 이에 연구팀은 균일한 페로브스카이트 결정의 형성이 가능한 중성의 ‘CPE-K’ 물질을 개발해 광흡수층의 부식을 억제함으로써 소자의 수명을 약 3배 늘렸으며 전지의 효율도 10% 이상 향상시켰다.

또한 CPE-K는 200℃이하 저온에서 용액 공정이 가능해 종이에 인쇄하듯 소자를 대량 생산할 수 있어 플렉서블 역구조 페로브스카이트 태양전지 상용화를 크게 앞당기고 LED, 트랜지스터와 같은 광전자소자 분야에 응용될 전망이다.

최효성 교수는 “페로브스카이트 태양전지 소자 제작 분야에서 가장 앞서나가고 있는 우리나라에서 소재 개발 분야에도 중점적인 연구투자가 이루어진다면 관련 분야에서 독보적인 원천기술을 확보할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

한편 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업 및 BK플러스사업으로 수행됐으며 네이쳐 커뮤니케이션(Nature Communications)지 온라인판 6월17일자에 게재됐다.