[투데이에너지 홍시현 기자] 국내 연구진이 고효율 페로브스카이트 태양전지 구현원리 밝혀내는데 성공했다.
한국에너지기술연구원(원장 곽병성, 이하 에너지연) 울산 차세대전지연구개발센터는 울산과학기술원 및 한국광기술원과 공동으로 고효율 페로브스카이트 태양전지를 구현하는 핵심기술인 첨가제의 작동원리를 이론적으로 밝혀내고 이를 에너지분야 국제 논문집 ‘Joule’에 지난달 24일 온라인에 게재했다.
페로브스카이트는 유기물질과 무기물질이 결합된 형태로 광흡수율이 뛰어나고 전자-정공의 수명과 이동거리가 길어 차세대 고효율 태양전지의 핵심재료다. 현재 상용화되고 있는 실리콘 태양전지나 박막태양전지와 비교해 제조장비와 재료비가 저렴하고 제조절차가 간단해 차세대 태양전지로 각광받고 있다.
고효율 페로브스카이트 태양전지를 제조하기 위해서는 균일한 두께의 박막으로 결정성이 우수하고 결정크기가 큰 페로브스카이트 박막을 제조하는 것이 핵심이다. 그동안 첨가제를 사용해 고효율을 구현하는 연구결과들이 많았으나 그 원인을 명확하게 알 수 없었다.
에너지연은 페로브스카이트 박막을 구현함에 있어 용액공정단계에서 염화메틸암모늄을 첨가했을 때 결정성이 3배 커지고 결정크기가 6배 향상됐으며 발광(photoluminescence) 수명이 4배 이상 향상되는 등 전기화학적 성질이 기존대비 3~4배 좋아진다는 결과를 얻어 세계 최대효율인 24% 이상의 효율을 구현했다고 밝혔다.
페로브스카이트 태양전지 및 효율 특성.
연구 논문의 교신저자인 김동석 에너지연 책임연구원은 “이번에 발표된 논문은 첨가제를 활용해 세계 최고 수준의 페로브스카이트 태양전지를 구현하고 이를 이론적으로 밝혀냈다는데 의의가 크다”라며 “향후 고효율 페로브스카이트 태양전지를 구현함에 있어 이론적인 뒷받침이 될 것”이라고 밝혔다.
공동 교신저자인 울산과학기술원의 김진영, 곽상규 교수는 “그동안 알려지지 않는 고효율 페로브스카이트 태양전지가 왜 형성되는지 그 이유를 밝히는 중요한 연구결과로 향후 페로브스카이트 태양전지의 고효율화 구현에 큰 도움이 될 것”이라고 전했다.