차세대 태양전지 상용화 눈앞...국내 연구진 "태양전지 효율 경신"

UNIST·에너지기술연구원, 태양전지용 유기물 신소재 개발

모듈 형태로 확장했을 때도 21.83% 높은 효율 기록

양창덕 UNIST 에너지화학공학과 교수가 모듈형태로 크기를 키운 페로브스카이트 태양전지를 들고 있다.[사진=UNIST]

울산과학기술원(UNIST)은 한국에너지기술연구원과 공동 연구에서 모듈 형태로 크기를 키운 페로브스카이트 태양전지의 최고 효율 기록을 경신했다고 18일 밝혔다.
 
이번 연구 결과는 광전자공학 국제학술지 네이쳐 포토닉스(Nature Photonics)에 17일 자로 게재됐다. 연구팀은 페로브스카이트 태양전지용 유기물 신소재를 개발해 크기를 키워도 고효율로 빛 에너지를 전기로 바꾸는 데 성공했다.
 
차세대 태양전지 상용화를 위해선 전지를 큰 크기로 만들어도 고효율을 유지해야 한다. 실험 결과 해당 소재로 만든 태양전지는 모듈 형태로 확장했을 대도 21.83%의 높은 효율을 기록했다.
 
연구팀이 개발한 소재는 페로브스카이트 태양전지의 정공수송층(HTM)용 유기 소재다. 정공수송층은 전기 효율을 결정하는 핵심 요소다. 태양광 생성 전하입자(정공)를 전극으로 전달하는 역할을 한다.
 
기존 소재는 정공 전달을 위해 넣는 첨가제로 인해 수분과 열에 취약했다. 그러나 연구팀이 개발한 소재는 고온을 견디고 수분에도 강하다. 분자끼리 상호작용도 커져 전하 전달 성능이 늘어났고, 유리전이 온도도 높일 수 있다.
 
연구팀이 개발한 페로브스카이트 전지는 60도 이상의 고온에서 전지를 작동하는 열 안정성 실험과 2000시간에 걸친 장기 내구성 평가에서도 기존 소재보다 향상된 성능을 보였다.
 
양창덕 교수는 “대체 정공수송층 소재를 개발하려는 시도가 많았음에도 불구하고, 최고 수준의 정공 전달 성능을 유지하는 동시에 소재의 안정성까지 확보한 연구는 거의 없었다”면서 “이번 연구는 향후 페로브스카이트 태양전지용 유기 소재 개발에 새로운 전략을 제시하는 연구”라고 밝혔다.
 
한편, 양 교수는 유기물 합성 분야의 전문가다. 연구팀은 페로브스카이트 태양전지의 정공수송층을 개발해왔다. 지난해에는 불소를 이용한 새로운 정공수송층을 개발해 최고권위 과학 저널인 사이언스에 발표하기도 했다.