KIST 연구팀, 고효율 플렉시블 태양전지 개발

 

아주경제 신희강 기자 = 국내 연구진이 높은 성능과 동시에 높은 안정성을 갖는 플렉시블 태양전지를 개발했다.

19일 한국과학기술연구원(KIST)에 따르면 광전하이브리드연구센터 손해정, 고민재 박사팀은 저온공정이 가능한 신소재 고분자 물질을 사용해 고성능·고안정성 플렉시블 페로브스카이트 태양전지를 개발했다.

최근 유-무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지 분야는 급격히 발전해 향후 실리콘 태양전지와 경쟁을 할 수 있을 것이라는 기대가 높다. 연구팀이 개발한 신규 고분자 물질은 저온에서 용액공정으로 제작이 가능한 플렉시블 태양전지에 더 적합한 물질이라는 평가다.

기존의 페로브스카이트 태양전지는 전극 사이의 경계면 층에 사용되는 물질들이 고온공정이 요구돼 플렉서블 소자 구현에 문제가 있었다. 가장 문제가 되고 있는 부분은 정공수송층으로 널리 쓰이는 PEDOT:PSS물질로, 강한 산성을 지니고 있어 인접한 층의 부식을 가속화 시키고 페로브스카이트와 적합하지 않아 많은 에너지 손실을 야기했다.

연구팀은 기존의 전도성 고분자(PEDOT:PSS)를 대체해 'PhNa-1T'라는 신규 고분자를 개발해 정공수송층으로 사용하였다. 이 고분자는 물 혹은 물·알콜 혼합용액에서 높은 용해도를 보여 저온에서 손쉽게 용액공정으로 정공수송층 제작이 가능하다.

또한 기존 물질보다 우수한 전기전도도를 나타내는 것을 실험을 통해 확인했으며, 에너지 손실을 줄일 수 있음을 입증했다. 이를 이용해 제작된 페로브스카이트 플렉시블 태양전지는 최고 14.7%까지의 높은 전력변환효율을 기록했다.

연구팀은 PhNa-1T 물질은 기존과 달리 중성의 성질임을 확인했으며 이는 태양전지 소자의 안정성을 향상시켜 대기 중에서 장기안정성이 3~4배 향상된 결과를 도출했다.

연구책임자인 손해정 박사는 "이번에 개발된 신규 전도성 고분자 소재는 고효율 플렉서블 유-무기 페로브스카이트 태양전지의 성능 향상에 지대한 기여를 했다"며 "향후 태양전지 외에 광센서 등 유연 인쇄전자 소자에 중요 부품으로 활용될 것"이라고 내다봤다.

이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 글로벌프런티어사업 멀티스케일 에너지시스템연구단의 지원으로 수행됐다. 연구결과는 재료 분야의 전문학술지인 ‘Advanced Functional Materials’ 7월 5일자에 표지논문으로 게재됐다.