납을 제거한 무기물 소재 활용
최고 효율 11.87% 달성
[충청게릴라뉴스=강남용 기자] 국내 연구진이 차세대 태양전지로 각광받고 있는 페로브스카이트 태양전지를 친환경적이면서 고효율로 제조할 수 있는 새로운 소재 기술을 개발했다.
한국연구재단은 한밭대학교, 고려대학교 공동 연구팀과 페로브스카이트 태양전지의 독성 문제 해결책을 제시해 상용화에 한 발 더 다가섰다고 밝혔다.
페로브스카이트는 태양전지의 핵심 소재로 중금속인 납을 쓰고 있어 줄곧 독성에 대한 안전성 문제가 제기돼 왔다. 친환경 고내구성 소재 개발을 위해 납 성분과 물과 반응을 잘하는 유기 분자를 제거할 수 있는 소재의 개발은 필수적이다. 그러나 이와 관련된 연구가 전 세계적으로 진행되고 있으나, 초기 단계로 성과가 미비한 상황이다.
이에 연구팀은 납 대체 물질로 가장 유망한 주석과 세슘을 적용, 최적 조성 탐구를 통해 최고 효율 11.87%의 무기물 기반 비납계 페로브스카이트 태양전지를 개발했다. 주석의 경우 효율과 안정성 측면에서 납 기반 물질보다 많이 뒤처져 있어 한계를 극복하기 위해서는 소재 조성의 최적화가 가장 중요했다.
한밭대팀은 이론적 분석을 통해 소재가 안정적이면서 고효율로 작동할 수 있는 조성 영역을 탐색했고, 고려대팀은 세심한 정제 과정을 통해 이론적으로 제시된 조성에서 실제 고효율 태양전지의 제조가 가능함을 증명했다.
또한 태양전지의 성능에 중요한 역할을 하는 밴드갭 조절법에 대한 깊이 있는 연구를 통해 밴드갭을 낮게 조절할 수 있는 원리를 발견, 이를 통해 고효율 소재의 개발 방향을 제시했다.
공동 연구진은 “본 연구를 통해 개발된 태양전지는 친환경 무기 페로브스카이트 태양전지 중 가장 높은 효율을 보이지만, 납 성분 소재 태양전지보다 아직 많이 뒤처져 있다”며 “이를 뛰어넘기 위해서는 주석기반 소재에서 발생하는 산화를 억제해야 하는데 후속 연구를 통해 관련 연구를 계속 진행할 계획”이라고 설명했다.
과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 원천기술개발사업과 기초연구사업의 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 에너지 분야 국제학술지 ‘미국 화학회 에너지 레터즈 (ACS Energy Letters)’에 지난달 7일에 온라인 게재됐다.
