첨가제를 통한 고효율·고안정성 태양전지 가능
국내 연구팀 "대면적 태양전지 모듈 실용화 기여"

액정고분자를 사용한 페로브스카이트 필름 특성. 액정고분자를 사용하지 않은 페로브스카이트 필름(a) 그리고 최적화된 액정고분자를 도입한 페로브스카이트 필름(b)을 보여주고 있다. 액정을 도입한 페로브스카이트 입자 사이즈는 증가한 반면에 필름 거칠기는 낮아짐을 보여준다. 액정 고분자를 도입한 필름은 (110) 방향성과 결정성이 좋아진다는 것을 보여준다(c).<사진=한국연구재단 제공>
액정고분자를 사용한 페로브스카이트 필름 특성. 액정고분자를 사용하지 않은 페로브스카이트 필름(a) 그리고 최적화된 액정고분자를 도입한 페로브스카이트 필름(b)을 보여주고 있다. 액정을 도입한 페로브스카이트 입자 사이즈는 증가한 반면에 필름 거칠기는 낮아짐을 보여준다. 액정 고분자를 도입한 필름은 (110) 방향성과 결정성이 좋아진다는 것을 보여준다(c).<사진=한국연구재단 제공>
국내 연구팀이 효율 20% 이상의 안정한 페로브스카이트 태양전지를 개발했다.

한국연구재단(이사장 노정혜)은 진성호 부산대학교 교수와 송명관 재료연구소 박사 연구팀이 첨가제를 통해 20%가 넘는 고효율의 안정한 페로브스카이트 태양전지를 개발했다고 16일 밝혔다.
 
신재생 에너지로 각광받는 차세대 태양전지 중에서도 현재 시장에서 주류를 차지하고 있는 것은 페로브스카이트 태양전지다. 이들은 간단한 공정과 높은 에너지 효율이 가장 큰 장점이다. 하지만 고효율을 유지하면서 안정성이 우수한 태양전지 제작은 상당한 어려움이 있다.

연구팀은 이러한 문제점을 해결하기 위해 액정폴리머를 도입했다. 그결과 필름 자체의 전도성 향상과 표면제어를 통해 광전효율도 더 높여주면서 안정성도 획기적으로 향상됐다.
 
액정폴리머는 용융 시에 결정성을 보이며 강직한 고분자 구조를 가진다. 때문에 용융상태에서는 작은 전단응력으로 한 방향으로 배향된다. 이것을 그대로 냉각하면 분자가 배향을 유지한 채 고화돼 안정하게 유지된다. 

액정폴리머는 페로브스카이트 필름에서의 입자 크기를 증가시켜 광전변화 효율을 기존 18%에서 20.63%로 상승시켰다. 특히 페로브스카이트 태양전지 효율의 감소 원인 중 하나인 히스테리시스가 거의 발생하지 않는다.
 
히스테리시스란 태양전지 효율을 정방향(+1V에서–1V로)과 역방향(-1V에서 +1V)으로 측정 시, 효율의 차이가 있는 경우 히스테리시스가 있다고 표현한다.

진성호 교수는 "개발된 새로운 개념의 페로브스카이트 태양전지는 고품질의 페로브스카이트 박막제어와 대면적으로 균일한 코팅 공정이 가능하다"라며 "차세대 대면적 페로브스카이트 태양전지 모듈과 실용화에 크게 기여할 수 있을 것"이라고 말했다.

한편, 이번 연구 성과는 재료분야 학술지 '어드밴스트 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)'에 10일 자로 게재됐다.  

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