광주과기원 연구팀, 태양전지 수명 늘리는 획기적 물질 개발

홍석원·이광희 교수팀, 높은 에너지 전환 효율에 5배 이상 수명 연장

GIST(지스트, 총장 문승현)는 27일 화학과 홍석원 교수와 신소재공학부 이광희 교수 연구팀이 차세대 태양전지로 각광받는 페로브스카이트 태양전지의 취약한 수명을 높인 신규 정공 수송층 물질을 개발했다고 밝혔다.

페로브스카이트 태양전지는 20%가 넘는 높은 에너지 전환효율로 각광받고 있지만 수분과 산소에 취약한 페로브스카이트 물질의 특성으로 인해 높은 소자 성능이 지속적으로 유지되지 못한다는 단점을 안고 있다.

▲화학과 홍석원 교수ⓒGIST

최근 페로브스카이트 태양전지의 수명을 연장시키기 정공 수송층 물질을 도입하는 방식이 보고되고 있지만, 이 물질은 낮은 전하이동도를 지니고 있어 태양전지의 에너지 전환효율을 저하시킨다는 문제점이 지적돼 왔다.

연구팀은 페로브스카이트 태양전지의 수명 연장을 위해 도핑첨가물이 필요하지 않는 신규 반도체 물질을 개발했다.

이 물질은 높은 태양전지 에너지 전환효율(16%)을 보이면서도 기존의 정공 수송층 물질 보다 수명을 5배 이상 높여주는 것으로 나타났다.

▲신소재공학부 이광희 교수ⓒGIST

홍석원 교수와 이광희 교수는 “이번 연구성과는 전자적 특성이 다른 치환체를 간단하게 도입할 수 있는 보론 화합물이 포함된 신규 고분자를 개발하여 정공 수송층으로 사용하였고, 이를 통해 페로브스카이트 태양전지의 에너지 전환효율에 직접 영향을 주는 원인 규명 및 소자의 취약한 수명을 연장시킬 수 있었다.”라고 연구의 의의를 밝혔다.

본 연구는 한국연구재단의 글로벌연구실 사업과 GIST GRI 사업의 지원을 받아 수행되었으며, 나노 및 에너지소재 분야 최상위급 과학학술지인 에이씨에스 어플라이드 머티리얼스 엔 인터페이스(ACS Applied Materials & Interfaces, IF: 8.097)지에 최근 게재되었다.