박막표면 결함 제거…빛·열에 강한 페로브스카이트 개발
차세대 태양전지 후보 가운데 하나인 페로브스카이트 태양전지의 상용화에 걸림돌이었던 낮은 광 안정성을 극복할 실마리가 나왔다.
10일 GIST에 따르면 광주과학기술원(GIST)의 김희주·이광희 교수 연구팀이 표면 재결정화를 통해 페로브스카이트 박막 표면의 결함을 제거해 광안정성을 높일 수 있음을 확인했다.
페로브스카이트 태양전지는 높은 에너지전환효율과 고가성비 등의 장점에도 불구하고 빛이나 열, 공기, 수분에 취약해 상용화에 어려움을 겪어왔다. 이에 기존에도 금속이온을 추가하거나 산화피막을 도입해 페로브스카이트 결정을 단단하게 만들어 안정성을 높이려는 시도가 있었다.
그러나 GIST 연구팀은 페로브스카이트 자체의 안정성이 아닌 박막으로 제조하는 공정을 개선하는 데 집중했다. 태양전지 구동을 위해 빛을 쬐면 결정을 박막으로 만드는 과정에서 생겨난 결함들이 박막 표면으로 이동해 전극을 부식시키는 것 자체를 원천적으로 방지하고자 했다.
연구팀은 유기물로 된 기능층을 도입함으로써 빛에 반응해 페로브스카이트 박막 표면으로 이동한 결함들이 유기물층에 흡착되도록 했다. 이후 결함들을 모두 떠안은 유기물층을 씻어내는 방식인 것이다. 이렇게 결함이 제거된 페로브스카이트 박막은 다시 새로운 유기물층과 전극을 연결해 태양전지로 재사용할 수 있다.
실제 결함이 제거된 페로브스카이트 박막으로 만든 태양전지는 1000시간 동안 자외선이 포함된 태양광에 노출되거나 85℃의 열에 노출돼도 소자성능이 80% 이상 유지됐다.
연구팀은 이번 연구결과를 토대로 향후 페로브스카이트 표면의 결함을 빠르게 제거하는 양산화 기술 연구를 추진할 예정이다.
이번 연구는 과학기술정통부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구실사업(글로벌연구실사업)과 기초연구사업(중견연구)의 지원으로 수행됐다. 연구 성과는 지난달 17일 환경과학 국제학술지 ‘에너지 엔 인바이런멘탈 사이언스(Energy & Environmental Science)’에 게재됐다.
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