화학뉴스

국내 연구진이 페로브스카이트 태양전지의 수분 취약성을 해결한 물질을 개발했다.
UNIST(이용훈 총장)과 한국에너지기술연구원(김종남 원장) 공동연구팀은 페로브스카이트 태양전지의 광활성층이 수분에 노출되는 것은 막으면서 전지 효율을 높이는 유기 정공수송층 물질을 개발했다고 밝혔다.
정공수송층은 광활성층이 빛을 받아 만든 정공(양전하 입자)을 전극으로 운반하는 역할을 하는 태양전지 구성층이다.
공동연구진은 기존 정공수송층의 수소를 불소로 바꾸어 성능이 좋으면서도 수분을 흡수하지 않는 정공수송층 물질을 개발했다.
불소 도입이라는 간단한 방식으로 정공수송층과 광활성층을 안정화시킨 것으로, 그동안 수분이 정공수송층 자체의 성능을 떨어뜨릴 뿐만 아니라 정공수송층이 흡수한 수분에 노출된 광활성층(페로브스카이트)이 분해되는 복합적인 문제를 해결했다.
개발한 물질은 기존 정공수송층의 우수한 성능은 유지하면서도 소수성이 강해 수분을 흡수하지 않기 때문에 기존 정공수송층이 대기 중 수분을 흡수하는 문제를 해결해 전지가 높은 효율을 오래 유지하는데 기여할 수 있다.
연구진은 개발된 물질을 태양전지 정공수송층으로 사용해 24.8%(공인인증 결과 24.6%)의 고효율 페로브스카이트 태양전지를 얻었다.
기존물질을 정공수송층으로 사용했을 때 500시간 고습도 환경에서 효율이 40% 이상 저감됐으나 신규 물질을 도입했을 때에는 수분 안정성이 해결돼 87% 이상의 효율을 유지했다.
특히, 공인 인증된 전지의 경우 1.18V의 높은 개방 전압을 보여 페로브스카이트 전지가 이론적으로 만드는 전압에 최대로 근접한 수치를 얻은 것으로 파악되고 있다.
한국에너지기술연구원 김동석 박사는 “그동안 보고된 전압손실 가운데 가장 낮은 값인 0.3V로 이론치에 근접한 개방 전압을 얻었다”며 “또 전지를 대면적(1평방센티미터)으로 제작해도 효율(22.3%)의 감소가 적어 상용화 가능성이 높다”고 설명했다.
연구는 한국연구재단, 과학기술정보통신부, 한국에너지기술연구원, 한국에너지기술평가원 등의 지원을 받아 진행됐으며 세계적 과학저널인 Science에 9월25일자로 온라인 공개됐다. (K)