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아주대가 '페로브스카이트 태양전지'의 에너지 변환 효율과 안정성을 끌어올릴 수 있는 신소재 개발에 성공했다. 사진은 김종현 아주대 응용화학생명공학과 대학원 분자과학기술학과 교수, 장재원 부경대 고분자화학소재공학부 교수, 윤재성 호주 뉴사우스웨일즈대학 및 영국 서리대학 박사.(왼쪽부터) |
아주대학교는 김종현 교수(응용화학생명공학과·대학원 분자과학기술학과) 연구팀이 국제 공동연구를 통해 차세대 태양전지로 주목받는 '페로브스카이트 태양전지'의 에너지 변환 효율과 안정성을 동시에 끌어올릴 수 있는 신소재 개발에 성공했다고 30일 밝혔다.
이 연구는 고효율과 장기 내구성을 모두 충족시킬 수 있는 차세대 태양전지 소재 기술로 주목받고 있다.
페로브스카이트 태양전지는 현재 주류인 실리콘 태양전지를 대체할 후보로 꼽힌다. 실리콘 기반 태양전지는 에너지 변환 효율이 이론적 한계에 가까워지는 상황에서, 상대적으로 공정이 단순하고 생산 단가가 낮은 페로브스카이트 태양전지가 차세대 기술로 주목받는다.
김 교수팀은 부경대 장재원 교수, 윤재성 호주 뉴사우스웨일즈대학 및 영국 서리대학 박사 연구팀과 협력해 다양한 태양전지 구조에 적용 가능한 새로운 계면소재 'DTAQTPPO'를 개발했다. 이 소재는 실내외 광환경 모두에서 에너지 효율을 높이고 태양전지의 구조적 안정성까지 개선하는 데 성공했다.
페로브스카이트 태양전지는 전하 이동 성능이 우수하고, 용액 공정을 활용해 대면적 필름 생산이 가능하다는 장점이 있다. 하지만 용액 공정 과정에서 생기는 미세 결함이 효율 저하의 원인이 돼 왔다.
김 교수팀이 개발한 신소재는 이런 결함 부위에 직접 결합해 전하 흐름을 방해하는 요인을 제거하며, 동시에 전자와 정공을 모두 수송할 수 있는 '양극성' 특성을 지녔다.
이로 인해 다양한 구조의 페로브스카이트 태양전지에 보편적으로 적용 가능하고, 실외 환경에서는 효율을 22.29%에서 23.55%로, 실내 조명 환경에서는 31.19%에서 37.18%로 끌어올리는 성과를 보였다. 장기적인 작동 안정성도 크게 향상됐다.
김 교수는 “다양한 구조와 광환경에서 고효율을 실현할 수 있는 기술을 확보한 만큼, 태양전지는 물론 디스플레이나 광센서 같은 광전소자 전반에 적용 가능할 것”이라고 말했다.
이번 연구는 세계적인 에너지 분야 학술지 어드밴스드 에너지 머터리얼즈에 표지논문으로 게재됐다.
수원=김동성 기자 estar@etnews.com
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