고효율 페로브스카이트 태양전지 개발

진성호-송명관, 광전변화 효율 20.63%로 상승

▲ 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) 방향성 및 결정성이 좋아진다는 것을 보여준다(c). ⓒ 한국연구재단

부산대 진성호 교수와 재료연구소 송명관 박사가 첨가제를 통해 광전변화효울을 획기적으로 높이면서 안정된 상태를 유지하는 페로브스카이트 태양전지를 개발해 새로운 전기를 마련했다.

페로브스카이트 태양전지는 간단한 공정 및 높은 에너지 효율이 장점을 갖고 있다. 하지만 고효율을 유지하면서 우수한 안정성을 갖는 태양전지를 제작하는 것은 상당한 어려움을 가져왔다.

연구팀은 이러한 문제점을 해결하기 위해 액정폴리머를 도입한 결과 필름 자체의 전도성 향상과 표면제어를 통해 광전효율도 더 높여주면서 안정성도 획기적으로 향상된 것을 밝혀냈다.

액정폴리머는 페로브스카이트 필름에서의 입자 크기를 증가시켜서 광전변화 효율을 기존 18%에서 20.63%로 상승시켰다.

특히 페로브스카이트 태양전지 효율의 감소 원인 중 하나인 히스테리시스(태양전지 효율을 정방향 (+1V에서–1V로)과 역방향(-1V에서 +1V)으로 측정 시, 효율의 차이가 있는 경우 히스테리시스가 있다고 함)가 거의 발생하지 않는다.

뿐만 아니라 액정폴리머는 페로브스카이트 물질 자체의 분해를 느려지게 하므로, 소자의 수명이 2배 이상 우수한 것으로 나타났다.

▲진성호 교수 ⓒ한국연구재단

진성호 교수는 “개발된 새로운 개념의 페로브스카이트 태양전지는 고품질의 페로브스카이트 박막제어 및 대면적으로 균일한 코팅 공정이 가능하기에 차세대 대면적 페로브스카이트 태양전지 모듈 및 실용화에 크게 기여할 수 있을 것”이라고 연구 의의를 밝혔다.

이 연구 성과는재료분야 세계적인 학술지 어드밴스트 에너지 머티리얼즈 (Advanced Energy Materials) 9월 10일 게재되었다.