“차세대 태양전지 상용화 기대” 지스트 김동유 교수팀, 페로브스카이트 필름 균일도 향상 기술 제작 박은성 기자 pes@kjdaily.com

2014년 12월 17일(수) 19:54

“아직 완전히 밝혀지지 않은 페로브스카이트 결정 형성의 메커니즘을 밝히고 페로브스카이트 태양전지의 상용화를 앞당기는 새로운 원천기술이 될 것으로 기대합니다.”

국내 연구진이 차세대 태양전지의 소재로 주목받고 있는 페로브스카이트 필름을 보다 쉽게 제작하는 방법을 개발해 주목을 끌고 있다.

더욱이 이번 연구로 인해 기존에 사용되는 용매의 한계를 극복하고 새로운 첨가제를 사용해 보다 쉽고 저렴하게 페로브스카이트 태양전지를 상용화하는 데 기여할 것으로 전망된다.

주인공은 지스트(광주과학기술원)김동유(사진) 교수와 한국원자력연구원(KAERI) 첨단방사선연구소 윤진문 박사.

17일 지스트에 따르면 김 교수팀은 새로운 첨가제를 이용해 페로브스카이트 결정의 성장을 조절하고, 고효율 페로브스카이트 태양전지를 구현하는 데 걸림돌이었던 페로브스카이트(Perovskite) 필름의 균일도를 손쉽게 향상시키는데 성공했다.

유·무기 하이브리드 태양전지의 새로운 광(光)흡수 물질로 각광받고 있는 페로브스카이트는 특유의 결정구조와 그에 따른 우수한 광흡수 특성 때문에 높은 광전변환효율(빛을 받았을 때 전기를 얼마나 생성할 수 있는지를 나타내는 효율)을 보이고 있다.

또한 고분자에 비해 상대적으로 저렴하기 때문에 차세대 에너지소재로 각광받고 있다.

하지만 페로브스카이트는 특유의 결정성(물질을 이루고 있는 구성요소가 얼마나 규칙적으로 배열돼 있는지를 말함)을 갖추기 위한 조건이 까다롭기 때문에, 매번 제작할 때마다 효율의 변동이 큰 단점을 지니고 있다. 그러나 페로브스카이트의 결정성을 조절하고 균일한 박막을 얻어낼 수 있다면 이러한 재현성 문제를 해결할 수 있다.

연구팀은 새로운 첨가제를 이용해 페로브스카이트 결정의 성장을 조절하고, 고효율 페로브스카이트 태양전지를 구현하는 데 걸림돌이었던 페로브스카이트 필름의 균일도를 손쉽게 향상시켰다.

연구팀은 또 다이메틸포름아마이드(DMF)와 구조는 유사하지만 높은 끓는점과 낮은 휘발성을 지녀 결정 형성에 필요한 시간을 효과적으로 제어할 수 있는 사이클로헥실피롤리돈(CHP)을 첨가제로 사용해 부분적으로 필름이 형성되는 기존 문제를 해결하고 전 면적에 균일하게 필름을 형성시켰다.

김 교수는 “이번에 개발된 기술은 고효율의 페로브스카이트 태양전지를 상업적으로 손쉽게 생산할 수 있는 가능성을 보여준 기술”이라고 설명했다.

한편 이번 연구는 교육과학기술부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업(핵심연구)의 지원으로 수행됐으며, 연구결과는 과학전문지 네이처(Nature)가 발행하는 사이언티픽 리포츠(Scientific Reports) 지난달 7일자 온라인판에 게재됐다. /박은성 기자 pes@kjdaily.com