[충청뉴스 이성현 기자] 국내 연구진이 내부 압력 해소로 페로브스카이트 태양전지의 안정성을 높이는 공정 기술을 개발했다.
한국화학연구원은 페로브스카이트 연구팀 한길상, 전남중 박사가 성균관대와 페로브스카이트 태양전지 안정성 저하의 원인 중 ‘변형 응력’에 집중해, 이를 해소하는 공정 기술 개발에 성공했다고 밝혔다.
연구팀이 개발한 공정 기술은 페로브스카이트 태양전지 상용화의 걸림돌이었던 안정성 문제에 대해 근원적 해결 방식을 제시함으로써, 페로브스카이트 태양전지의 장기 안정성 및 신축성을 확보하는 등의 다양한 후속 연구에서 활용될 것으로 기대된다.
연구팀은 페로브스카이트 박막 수축에 따른 내부압력이 높아져 안전성이 떨어지는 것을 해소하는 근원적 접근 방법으로 이를 해결했다. 액체 형태의 페로브스카이트 박막에 특수한 유기 단량체를 추가한 결과, 박막이 응고 후 냉각될 때 수축으로 인한 변형 응력을 유기 단량체가 쿠션처럼 분산시키면서 원자 단위 격자 변형과 내부결함을 줄이고, 효율과 안정성 두 마리 토끼를 다 잡은 결과를 도출했다.
연구팀이 개발한 액체 상태의 유기 단량체는 결정화 과정에서 결정 알갱이 하나의 크기를 키워 결정 경계면을 줄이고, 페로브스카이트 박막이 수축될 때 액체상태로 존재해 박막 내부의 인장응력을 분산시켜 없애는 역할을 했다.
이외에도 유기 단량체는 빛을 쬐면 서로 연결되며 고분자로 중합된 뒤, 페로브스카이트 박막의 표면 및 결정 경계면 결함을 줄여줌으로써 효율과 안정성을 확보했다.
이번 연구를 통해 개발된 페로브스카이트 태양전지는 외부의 수분과 산소에 대해 자체적으로 차단이 가능하고 박막 내부 결함과 이동을 최소화해 태양전지 모듈 외부에 봉지재가 없는 기준으로 세계 최고 수준의 효율과 안정성을 보였다.
또 기존 소재는 보호막 없이 수분에 닿으면 즉각 박막이 분해되며 색이 변하는데 반해, 이번 기술로 제작된 페로브스카이트 박막은 물방울을 박막 표면에 직접 떨어뜨려도 잘 견딘다는 장점도 있다.
이영국 원장은 “이번 연구로 페로브스카이트 박막 내에 발생하는 결함에 대한 근원적인 해결법을 제시해 기존의 다양한 페로브스카이트 안정성 향상 기술과 시너지 효과를 일으켜, 향후 상용화를 위한 원천기술로 활용될 것으로 기대된다”고 밝혔다.
