▲ 연구팀이 규명한 페로브스카이트 태양전지소자의 열화 메커니즘.

국내연구진이 잦은 성능 저하로 상용화가 어려웠던 페로브스카이트 태양전지의 근원적인 수명 향상 기술 개발에 성공했다.

한국연구재단(이사장 정민근)은 지난 26일 미래창조과학부 기초연구사업(개인연구), 기후변화대응기술개발사업, 신산업창조프로젝트 사업의 지원을 받은 이광희 교수 연구팀(광주과학기술원)이 차세대 태양전지로 주목받고 있는 페로브스카이트 태양전지 소자의 수명문제 원인을 규명하고 수명이 긴 태양전지를 개발하였다고 밝혔다.

유·무기 복합 페로브스카이트 태양전지는 에너지 전환효율이 20%를 넘었지만, 짧은 수명을 가져 상용화가 힘들었다.

연구팀은 페로브스카이트 태양전지의 수명 원인에 대해 기존 연구와 달리 유·무기 복합 페로브스카이트 층이 형성될 때 발생되는 주기율표 상의 7족 원소들인 할라이드 음이온이 상부 금속 표면과 반응해 소자의 효율 감소가 진행되어 수명이 짧아질 수 있다는 것을 최초로 밝혔다.

연구팀은 할라이드 음이온에 의한 소자의 성능저하를 막기 위해서 할라이드 음이온을 화학적으로 중화시키는 기법을 고안하였고, 이를 위하여 아민기를 포함한 타이타늄 금속산화물을 페로브스카이트 층과 상부전극사이에 추가적인 전하전달층 및 수명증대층으로 도입했다.

그 결과 할라이드 음이온에 의한 상부 금속전극의 부식문제를 원천적으로 봉쇄하여 소자의 수명이 획기적으로 연장될 수 있음을(20배 이상) 확인하였다.

연구진은 용액공정이 가능한 수명증대층은 페로브스카이트 태양전지의 성능과 수명을 쉽게 늘릴 수 있기 때문에 추후 인쇄공정 기반의 차세대 태양전지의 상업화에 기여할 것으로 기대된다고 전했다.

이광희 교수는 “이 연구성과는 페로브스카이트 태양전지의 효율 감소 원인을 밝히고, 이를 화학적 중화법으로 해결하여 수명을 1년 이상으로 연장하게 되었다”며, “페로브스카이트 태양전지 상용화에 있어 중요한 전환점이 될 것으로 기대된다.”라고 연구의 의의를 밝혔다.

이번 연구결과는 환경과학 분야 최고 권위의 학술지인 에너지 엔 인바이런멘탈 사이언스(Energy & Environmental Science) 4월 14일자에 게재되었다.