국내 연구진, 고효율 페로브스카이트 태양전지 개발

[박남규 성균관대 교수]

아주경제 김봉철 기자 = 국내 연구진이 광(光) 포집기능과 전하 추출능력이 뛰어난 페로브스카이트 태양전지를 개발했다.

에너지 효율이 높고(17.01%) 편차가 적어(0.4% 이하) 실용화에 유리할 것으로 예상된다.

미래창조과학부는 박남규 성균관대 화학공학과 교수 연구팀이 페로브스카이트 결정을 크게 성장시키는 기술을 활용, 광전류 21.64mA/cm2·광전압 1.056V인 17.01%의 고효율 태양전지 개발에 성공했다고 10일 밝혔다.

지금까지 페로브스카이트 태양전지의 최고효율은 한국화학연구원이 개발해 올해 미국 재생에너지연구소(NREL)의 태양에너지 효율 기록지에 등재한 17.9%다.

페로브스카이트는 부도체와 반도체, 도체의 성질은 물론 초전도 현상까지 보이는 특별한 구조의 금속 산화물이다.

무·유기물로 기판을 구성한 뒤 페로브스카이트 박막을 균일하게 이 기판에 입히면 페로브스카이트 태양전지를 제조할 수 있다.

이 태양전지는 페로브스카이트 박막을 어떻게 만드냐에 따라 성능이 좌우된다.

연구팀은 이와 관련, 박막 제작 때 유기물(요오드화메틸암모늄·CH3NH3I) 농도를 높이면 페로브스카이트 결정이 작아지고, 반대로 유기물 농도를 낮추면 결정이 커지는 것을 발견했다.

또한 연구팀은 큰 결정은 작은 결정에 비해 빛을 이용하는 특성이 우수하고 빛에 의해 생성된 전자를 효율적으로 추출할 수 있다는 점도 분광학적 분석을 통해 알아냈다.

즉 페로브스카이트 결정이 클수록 광포집 특성이 우수하고 전하추출 능력도 탁월하기 때문에 높은 전류생성이 가능해지는 것이다.

연구팀은 이를 이용해 선행연구 때의 16% 보다 높은 17.01%의 효율을 얻어냈다. 특히 이번 결과는 평균효율의 표준편차가 0.4% 이하에 불과해 제조공정의 재현성도 우수한 것으로 평가된다.

이번 연구는 미래부 지원을 받아 수행됐다.

연구 결과는 ‘네이처 나노테크놀로지’ 온라인판에 지난달 31일자로 게재됐으며, 미국 메사추세츠공과대학(MIT)에서 발간하는 ‘MIT 테크놀로지 리뷰’에도 소개됐다.