한국연구재단, 페로브스카이트 태양전지 신소재 소개

[충청뉴스 이성현 기자] 국내 연구진이 차세대 태양전지로 각광받고 있는 페로브스카이트 태양전지를 친환경적이면서 고효율로 제조할 수 있는 새로운 소재 기술이 개발됐다.

한국연구재단은 한밭대 홍기하 교수와 고려대 임상혁 교수가 주도한 공동 연구팀이 페로브스카이트 태양전지를 상용화하는 데 있어 큰 장애로 여겨졌던 독성과 안정성 문제에 대한 해결책을 제시했다고 밝혔다.

페로브스카이트는 태양전지의 핵심 소재로 중금속인 납을 쓰고 있어 줄곧 독성에 대한 안전성 문제가 제기돼 왔다.

친환경 고내구성 소재 개발을 위해 납 성분과 물과 반응을 잘하는 유기 분자를 제거할 수 있는 소재의 개발은 필수적이다.

그러나 이와 관련된 연구가 전 세계적으로 진행되고 있으나, 초기 단계여서 성과가 미비한 상황이다.

이에 연구팀은 납 대체물질로 가장 유망한 주석과 세슘을 적용, 최적 조성 탐구를 통해 최고 효율 11.87%의 무기물 기반 비납계 페로브스카이트 태양전지를 개발했다.

주석의 경우 효율과 안정성 측면에서 납 기반 물질보다 많이 뒤처져 있어 한계를 극복하기 위해서는 소재 조성의 최적화가 가장 중요했다.

한밭대팀은 이론적 분석을 통해 소재가 안정적이면서 고효율로 작동할 수 있는 조성영역을 탐색했고, 고려대팀은 세심한 정제과정을 통해 이론적으로 제시된 조성에서 실제 고효율 태양전지의 제조가 가능함을 증명했다.

또 태양전지의 성능에 중요한 역할을 하는 밴드갭 조절법에 대한 깊이 있는 연구를 통해 밴드갭을 낮게 조절할 수 있는 원리를 발견, 이를 통해 고효율 소재의 개발 방향을 제시했다.

연구진은 “이번 연구를 통해 개발된 태양전지는 친환경 무기 페로브스카이트 태양전지 중 가장 높은 효율을 보이지만, 납 성분 소재 태양전지보다 아직 많이 뒤처져 있다”며, “이를 뛰어넘기 위해서는 주석기반 소재에서 발생하는 산화를 억제해야 하는데 후속 연구를 통해 관련 연구를 계속 진행할 계획”이라고 말했다.