DGIST, 양자점 태양전지의 성능을 개선하는 기술 개발

김영훈 박사·최종민 교수 연구팀

DGIST는 에너지융합연구부 김영훈 박사와 에너지공학전공 최종민 교수 공동연구팀이 매우 균일한 입자 크기를 갖는 페로브스카이트 양자점을 획득해 양자점 태양전지의 성능을 향상시킬 수 있는 원천 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.

차세대 태양전지의 핵심 소재인 양자점은 입자 크기에 따라 소재의 빛 흡수율과 발광 능력을 결정하는 ‘광학 밴드갭(Optical bandgap)’을 자유자재로 조절할 수 있다. 그 중에서도 고품질의 페로브스카이트 양자점 합성은 필수적이다.

▲ 에너지융합연구부 김영훈 박사와 에너지공학전공 최종민 교수 공동연구팀ⓒDGIST

이 때, 합성과정에서 사용되는 안티용매(Antisolvent)는 페로브스카이트 양자점의 용해와 응집을 발생시켜 페로브스카이트 양자점의 크기와 분포의 균일성을 저해하고, 나아가 태양전지의 성능을 저하시키는 한계를 지녀왔다.

이에 연구팀은 서로 크기가 다른 페로브스카이트 양자점들에 젤 투과 크로마토그래피(Gel-permeation chromatography) 방식을 적용, 균일한 크기의 입자만을 선별할 수 있는 기술을 개발했다. 또한 매우 균일한 입자 크기를 갖는 단분산 페로브스카이트 양자점이 매우 우수한 광학, 광물리적 및 광전 특성을 가지고 있단 사실도 규명했다.

추가적으로 연구팀은 페로브스카이트 양자점의 균일한 입자가 태양전지 성능에 긍정적인 영향을 미친다는 사실을 최초로 입증해냈으며, 1.27V의 개방전및 15.3%의 광전변환효율을 갖는 고성능의 페로브스카이트 양자점 태양전지도 추가적으로 개발하는 성공했다.

DGIST 에너지융합연구부 김영훈 박사는 “이번 연구는 이처럼 페로브스카이트 양자점의 특성이 약화될 수 있는 근본적인 원인을 해결한 연구로, 향후 태양광 발전을 비롯한 발광 다이오드, 무전력 디스플레이 등 그 활용도가 매우 높을것으로 기대된다”고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 에너지과학 분야 국제 학술지 ‘ACS Energy Letters’에 온라인판 커버 논문으로 지난 11일 게재됐다.