UNIST 양창덕·신승재·송명훈 교수 공동연구팀 분자 연결 위치만 바꾼 계면소재 개발
[충청뉴스 이성현 기자] 영하 100도와 영상 100도를 넘나드는 극한의 온도 변화 속에서도 정상 작동하는 역구조 페로브스카이트 태양전지 소재가 국내 연구진에 의해 개발됐다.
한국연구재단은 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 양창덕·신승재 교수와 신소재공학과 송명훈 교수 공동연구팀이 자기조립단분자막(SAM)의 분자 연결 위치를 조절한 신개념 계면소재 ‘LY-m’을 개발했다고 3일 밝혔다.
연구팀은 SAM 분자의 기본 골격과 작용기는 유지한 채 연결 위치만 오르토·메타·파라로 달리한 세 가지 이성질체를 합성·비교했다.
연구 결과 메타(meta) 위치에 연결된 ‘LY-m’ 분자가 투명전극(ITO) 기판 위에서 기울어진 형태로 가장 촘촘하고 균일한 막을 형성해 결함을 최소화하는 것으로 확인됐다.
이를 적용한 역구조 페로브스카이트 태양전지는 최고 광전변환효율 26.39%라는 초고효율을 기록했다.
특히 영하 100도와 영상 100도를 30분씩 반복하는 극한 열순환 시험에서 기존 상용 소재 적용 소자는 작동을 멈춘 반면, LY-m 소자는 약 9%의 효율 감소만으로 정상 작동을 유지했다.
연구팀은 소면적뿐만 아니라 1제곱센티미터 셀 및 미니모듈에서도 열화 메커니즘을 정밀 검증해 실용화 가능성을 높였다.
양창덕 교수는 “분자 수준의 정교한 설계를 통해 태양전지의 효율과 안정성을 동시에 확보했다”며 “우주·항공 분야처럼 극심한 온도 변화가 존재하는 환경에서의 적용 가능성을 획기적으로 높였다”고 설명했다.
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