국내 연구진이 페로브스카이트(Perovskite) 태양전지(PV)의 안정성을 높이는 공정 기술을 개발했다.
한길상·전남중 박사 한국화학연구원(KRICT) 페로브스카이트 연구팀과 정현석 교수 성균관대학교 공동 연구팀이 페로브스카이트 태양전지 안정성 저하 원인인 변형 응력을 해소하는 공정 기술 개발에 성공했다.
페로브스카이트 박막 소재는 작은 결정 알갱이들이 무수히 존재하는 다결정 구조로 이루어져 많은 내부 결함이 있으며 이미 결정화된 페로브스카이트 박막 내에 형성된 변형 응력은 물리적으로 해결하기 어려운 한계가 있었다.
공동 연구팀은 페로브스카이트 박막 수축에 따른 내부압력을 해소하는 근원적 접근 방법으로 문제를 해결한 것으로 알려졌다.
액체 형태의 페로브스카이트 박막에 특수한 유기 단량체를 추가해 박막이 응고 후 냉각될 때 수축되면서 발생하는 변형 응력을 유기 단량체가 쿠션처럼 분산하면서 원자 단위 격자 변형과 내부 결함을 줄이는 결과를 도출했다.
연구팀이 개발한 액체 상태의 유기 단량체는 결정화 과정에서 결정 알갱이 하나의 크기를 키워 결정 경계면을 줄이고 페로브스카이트 박막이 수축할 때 액체 상태로 존재해 박막 내부의 인장응력을 분산시켜 없애는 역할을 했다.
또 빛을 쬐면 서로 연결되며 고분자로 중합된 다음 페로브스카이트 박막 표면 및 결정 경계면 결함을 억제해 효율과 안정성을 확보했다.
새롭게 개발한 페로브스카이트 태양전지는 태양전지 모듈 외부에 태양전지 박막에 보호막을 입히는 봉지재 없이 2000시간 동안 88.9% 효율을 유지하는 세계 최고 수준의 효율과 안정성을 나타냈다.
안정성 문제에 대한 근원적 해결 방식을 제시한 것으로 평가돼 페로브스카이트 태양전지의 장기 안정성과 신축성을 확보하는 다양한 후속 연구에서 활용될 것으로 기대된다.
연구 결과는 국제학술지 어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials) 12월 표지 논문으로 게재됐다. (윤우성 기자)