▲ 이 연구에서 합성되어진 계면제어 물질 구조는 그림 1(a)이다. 전하 수송 특성을 측정하기 위해 전자특성(Electron-only) 소자 구조 (그림 1(b))를 만든 결과, 산화아연(ZnO)를 사용한 소자보다 산화아연(ZnO)와 계면제어물질을 처리한 결과 약 2배 우수한 성능을 보였다 (그림 1(C))..

국내연구진이 태양전지의 효율과 수명을 향상시키는 계면제어물질 개발에 성공했다.

한국연구재단(이사장 정민근)은 지난 14일 진성호 부산대학교 교수와 노용영 동국대학교 교수 공동연구팀이 태양전지의 광전환 효율과 수명을 늘릴 새로운 계면제어 물질을 개발했다고 밝혔다.

최근 주목을 받고 있는 페로브스카이트 태양전지는 내부에서 발생하는 전자와 홀의 이동속도가 달라 광전환 효율이 저하되는 문제점을 가지고 있었다.

계면제어 물질은 페로브스카이트와 유기태양전지에서 빛을 받아 형성된 전자(-) 및 정공(+)결합 쌍이 분리 되었을 때 전자(-)를 전극으로 빠르게 이동시켜 주는 역할을 하며, 광활성층을 수분과 산소를 막아줄 수 있어 소자의 안정성을 향상 시킬 수 있다.

이에 연구팀은 연구팀은 값이 싼 트리아진, 다이플로로 벤젠과 포스핀 옥사이드를 결합시켜서 친환경 용매에 잘 녹으며 반응 공정이 용이하며 대량 생산이 가능한 계면 조절 물질을 합성하였다.

개발된 새로운 계면 제어 물질을 사용하여 페로브스카이트 태양전지를 제작한 결과, 에너지 변환 효율이 13.6%에서 16.23% 수준으로 향상되었고, 유기태양전지는 8.55%에서 10.04%로 효율이 향상되었다.

수명 측면에서도 계면제어물질을 사용하지 않은 소자 대비 1.5배 우수한 것으로 나타났으며 40일이 지나더라도 초기 효율 대비 85% 이상을 보여주었다. 유기태양전지에서도 광전환 효율이 8.55%에서 10.04%로 향상되었다. 또한 150도 이하의 저온에서도 제작이 가능해 제작 단가를 낮출수 있게 됐다.

진성호 교수는 “이번 연구는 비교적 저렴하면서도 간단한 공정으로 히스테리시스가 없는 장수명 페로브스카이트 및 유기 태양전지를 개발한 것이다. 향후 차세대 태양전지 및 유기발광다이오드, 유기박막트랜지스터 등 다양한 유기전자 소자들의 특성 향상 및 수명 향상에 기여 할 수 있을 것” 이라고 연구의 의의를 설명했다.

한편, 해당 연구성과는 미래창조과학부 기초연구사업(개인연구)의 지원을 받았으며 에너지/환경 분야 권위 있는 국제 학술지인 ‘에너지 앤 인바이런멘탈 사이언스(Energy & Environmental Science)’ 5월 30일자에 게재되었다.