아주대 연구팀 “차세대 태양전지 효율성 개선할 신소재 개발”

(왼쪽부터) 김종현 아주대 응용화학생명공학과 대학원 분자과학기술학과 교수, 장재원 부경대 고분자화학 소재공학부 교수, 윤재성 호주 뉴사우스웨일즈대학 및 영국 서리대 박사

국내 연구진이 차세대 태양전지로 주목받는 페로브스카이트(perovskite) 태양전지의 에너지 변환 효율을 높일 수 있는 신소재를 개발했다.

30일 아주대에 따르면 김종현 응용화학생명공학과·대학원 분자과학기술학과 연구팀은 부경대, 호주 뉴사우스웨일즈대, 영국 서리대 연구팀과 공동 연구를 진행해 실내외 환경에서 태양전지의 효율을 높게 하는 계면 소재를 개발했다. 이 연구는 국제 학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼스(Advanced Energy Materials)’의 이달 호 표지 논문으로 선정됐다.

연구팀에 따르면 페로브스카이트 태양전지는 빛을 전기로 바꾸는 효율이 높고, 용액의 재료를 사용해 필름 형태의 태양전지를 만드는 ‘용액 공정’이 가능해 제조비를 줄일 수 있다. 다만 용액 공정 과정에서 재료의 결정 구조에 결함이 생길 수밖에 없는 관계로 전하의 이동이 방해를 받고, 이로 인해 태양전지의 에너지 변환 효율이 다소 떨어진다는 한계가 있었다.

연구팀은 신규 계면 소재를 페로브스카이트 표면에 형성된 결함 부위에 결합한 결과 전류가 흐르는 데 필요한 전자와 정공(전자가 빠져나가고 남은 구멍)을 모두 수송하는 양상을 확인했다고 설명했다. 이는 마치 고속도로에서 양방향 통행이 가능한 것처럼, 전류가 흐르는 데 필요한 두 가지 종류의 전하(전류의 흐름을 만드는 입자)를 동시에 빠르게 이동시킬 수 있는 원리다.

다양한 태양전지 구조에 적용할 경우 실외 태양광에서 효율이 22.29%에서 23.55%로, 실내조명 환경에서는 31.19%에서 37.18%로 각각 향상됐다. 김 교수는 “이번 연구 결과는 태양전지뿐만 아니라 페로브스카이트 소재가 사용되는 디스플레이, 광검출기 등 다양한 광전소자의 성능을 개선하기 위한 연구에도 활용될 수 있을 것“이라고 말했다.