화학뉴스

울산과학기술원(UNIST)과 한국에너지기술연구원 연구진이 페로브스카이트(Perovskite) 태양전지 세계 최고 효율을 갱신했다.
UNIST 김진영 교수 연구팀과 한국에너지과학기술원 김동석 박사 연구팀이 스위스 로잔공대(EPFL) 연구진과 함께 태양광을 전기로 바꾸는 효율이 25.6%에 달하는 페로브스카이트 태양전지를 개발했다고 밝혔다.
그동안 논문으로 정식 보고된 페로브스카이트 태양전지 효율 가운데 최고로 파악되고 있다.
페로브스카이트는 1개의 음이온과 2개의 양이온이 결합해 규칙적인 입체 구조를 갖는 물질로, 합성이 쉽고 가격이 낮아 태양광발전 단가를 획기적으로 낮출 것으로 기대되고 있다.
그러나 페로브스카이트 물질을 사용한 태양전지의 효율은 상용 실리콘(Silicone) 태양전지에 미치지 못하고 내구성도 떨어지는 단점이 지적되고 있다.
공동 연구팀은 페로브스카이트를 이루는 음이온 일부(용액 함량 2%)를 포메이트로 교체하는 방식으로 전지 효율과 내구성을 높이는데 성공했다.
포메이트는 금속 양이온과 상호작용해 결합력을 강화하며 페로브스카이트 소재 내부의 규칙적인 입체 구조가 단단히 성장하는 것을 돕는 것으로 알려졌다.
입체 구조가 규칙적으로 잘 자란 소재를 사용하면 전지 효율이 높아지며, 포메이트를 첨가하지 않은 페로브스카이트 전지에 비해 효율이 10% 이상 향상된 것으로 확인됐다.
김진영 교수는 “아이오딘이나 브롬 이온만을 음이온 자리에 쓸 수 있다는 고정관념을 깼다”며 “포메이트의 크기가 기존 음이온과 비슷하다는데 착안했다”고 강조했다.
정재기 박사는 “포메이트가 페로브스카이트 결정 내부 음이온 자리에서 주위 원소들과 상호작용할 수 있다는 것을 세계 최초로 밝혀냈다는 점에서 학문적 의미도 크다”며 “페로브스카이트 물질 연구의 방향성을 새롭게 제시했다”고 강조했다.
연구 결과는 국제 학술지 네이처(Nature)에 4월5일자로 게재됐다. (강윤화 선임기자)