KPI뉴스 - UNIST(유니스트), 고효율 '페로브스카이트 태양전지' 개발

  • 흐림영천18.6℃
  • 흐림밀양18.6℃
  • 구름많음태백17.4℃
  • 흐림추풍령18.1℃
  • 흐림영주20.2℃
  • 흐림부산17.6℃
  • 흐림광주18.9℃
  • 구름많음봉화19.9℃
  • 흐림고창17.5℃
  • 구름많음홍성20.8℃
  • 구름많음고흥19.9℃
  • 구름많음부여21.5℃
  • 구름많음천안21.5℃
  • 흐림남원19.3℃
  • 흐림순창군19.4℃
  • 흐림김해시16.9℃
  • 흐림함양군20.1℃
  • 흐림완도20.2℃
  • 흐림제주15.5℃
  • 구름많음충주21.5℃
  • 구름많음영덕17.1℃
  • 구름많음보성군19.4℃
  • 맑음속초17.5℃
  • 흐림청송군19.9℃
  • 맑음북춘천21.9℃
  • 맑음강화19.9℃
  • 구름많음영광군18.2℃
  • 맑음대관령15.8℃
  • 맑음인천19.9℃
  • 흐림장흥18.1℃
  • 흐림의령군18.8℃
  • 흐림임실17.7℃
  • 흐림정읍19.6℃
  • 흐림전주20.7℃
  • 흐림거창19.0℃
  • 흐림진주18.2℃
  • 흐림진도군16.0℃
  • 흐림문경19.1℃
  • 흐림보은19.5℃
  • 맑음철원21.8℃
  • 맑음서청주21.1℃
  • 맑음서산19.0℃
  • 맑음양평21.1℃
  • 맑음정선군22.6℃
  • 흐림남해18.5℃
  • 맑음영월25.3℃
  • 흐림북창원17.5℃
  • 흐림금산19.3℃
  • 맑음울릉도16.0℃
  • 흐림목포16.7℃
  • 흐림고창군18.3℃
  • 흐림거제17.3℃
  • 흐림상주19.4℃
  • 맑음홍천22.5℃
  • 맑음이천22.5℃
  • 흐림울산15.7℃
  • 맑음동두천22.1℃
  • 구름많음대전21.1℃
  • 흐림합천19.0℃
  • 흐림양산시17.5℃
  • 구름많음울진17.7℃
  • 흐림산청18.4℃
  • 구름많음부안19.6℃
  • 흐림안동20.2℃
  • 흐림여수17.7℃
  • 흐림광양시18.9℃
  • 흐림강진군18.3℃
  • 흐림고산13.4℃
  • 흐림포항18.3℃
  • 흐림북부산17.8℃
  • 맑음서울23.0℃
  • 맑음강릉21.2℃
  • 맑음인제22.6℃
  • 맑음춘천22.3℃
  • 흐림순천18.2℃
  • 흐림서귀포16.3℃
  • 맑음북강릉19.9℃
  • 흐림통영18.2℃
  • 맑음청주21.8℃
  • 흐림경주시16.8℃
  • 구름많음원주21.3℃
  • 구름많음세종21.5℃
  • 구름많음군산16.8℃
  • 흐림흑산도14.2℃
  • 맑음보령19.9℃
  • 맑음동해17.2℃
  • 맑음파주22.0℃
  • 흐림의성20.6℃
  • 흐림해남17.5℃
  • 흐림성산16.1℃
  • 맑음백령도18.0℃
  • 흐림구미19.6℃
  • 흐림대구20.2℃
  • 구름많음제천21.0℃
  • 흐림장수17.6℃
  • 맑음수원21.2℃
  • 흐림창원17.1℃

UNIST(유니스트), 고효율 '페로브스카이트 태양전지' 개발

박동욱 기자
기사승인 : 2022-01-18 09:07:20
에너지기술연구원 공동연구…광전자공학 최고권위 저널에 공개 UNIST(울산과학기술원)와 한국에너지기술연구원(KIER) 연구진이 모듈 형태로 크기를 키운 '페로브스카이트 태양전지'의 최고 효율 기록을 경신했다.

이 같은 연구 결과는 광전자공학 최고 권위 저널 '네이쳐 포토닉스'(Nature Photonics)에 1월 17일 자(현지 시각)로 공개됐다. 

▲ 오른쪽부터 시계방향으로 김동석 에너지연구원 박사, 양창덕 유니스트 교수, 이찬우·최인우 에너지연구원 박사, 정민규·정성훈 유니스트 연구원, 임강훈 에너지연구원 박사. [UNIST 제공]

울산과기원은 양창덕 UNIST 교수와 김동석·이찬우 KIER 책임연구원 공동 연구팀이 페로브스카이트 태양전지용 유기물 신소재를 개발했다고 18일 밝혔다.

페로브스카이트 태양 전지(perovskite solar cell)는 페로브스카이트 구조를 가진 물질을 광흡수층으로 사용하는 것으로, 차세대 태양전지로 각광받고 있다. 다만 기존의 실리콘 태양전지보다 5배 저렴한데, 효율이 낮은게 문제로 지적되고 있다. 

상용화를 위해서는 전지를 큰 크기로 만들어도 고효율을 유지해야 하는데, 이 소재를 써 만든 페로브스카이트 태양전지는 모듈 형태로 확장했을 때도 21.83%의 높은 효율을 기록했다. 또 장기안정성과 내열성 문제도 크게 개선돼 차세대 태양전지로 꼽히는 페로브스카이트 태양전지의 상용화 전망이 한층 밝아졌다.

연구진은 페로브스카이트 태양전지의 정공수송층(HTM)용 유기 소재를 새롭게 개발해 이 같은 성과를 올렸다. 정공수송층은 전지 효율을 결정하는 핵심 요소 중 하나다. 태양광 생성 전하입자(정공)를 전극으로 전달하는 중요한 역할을 한다. 이 정공 전달 성능을 끌어올리기 위해 넣는 첨가제(도핑) 때문에 기존 소재는 수분과 열에 취약하다는 문제가 있었다.

개발한 정공수송층 소재는 고온도 잘 견디고 수분에도 강하다. 초고효율 태양전지에 쓰이던 spiro-OMeTAD(스파이로-오엠이티에이디) 소재와 비슷하지만 분자 구조 말단에 나프탈렌 구조가 붙어있는 차이점이 있다.

개발한 정공수송층 소재를 쓴 페로브스카이트 전지는 60도 이상의 고온에서 전지를 작동하는 열 안정성 실험과 2000시간에 걸친 장기 내구성 평가에서도 기존 소재 대비 월등하게 향상된 성능을 보였다.

또 전지 크기를 25㎠ 확장해 모듈 형태로 제작했을 때도 21.83%의 고효율을 달성하였는데 이는 보고된 모듈의 광전변환효율 중 세계 최고 수준이다. 

제1 저자인 정민규 UNIST 에너지화학공학과 박사는 "페로브스카이트 태양전지 상용화의 걸림돌인 안정성 문제를 나프탈렌 구조 첨가(도입)라는 소재 설계 전략을 통해 해결했다"고 설명했다.

양창덕 교수는 "대체 정공수송층 소재를 개발하려는 시도가 많았음에도 불구하고, 최고 수준의 정공 전달 성능을 유지하는 동시에 소재의 안정성까지 확보한 연구는 거의 없었다"며 "이번 연구는 향후 페로브스카이트 태양전지용 유기 소재 개발에 있어서 새로운 전략을 제시하는 연구"라고 소개했다.

이번 연구는 한국연구재단, 한국에너지기술연구원, 한국에너지기술평가원 등의 지원을 받아 이뤄졌다.

KPI뉴스 / 박동욱 기자 pku24@kpinews.kr

[저작권자ⓒ KPI뉴스. 무단전재-재배포 금지]