한국과학기술연구원(KIST)이 차세대 태양전지의 성능 저하 원인을 규명했다.
이번 성과에 따라 구조변화를 일으키지 않는 유기금속과 금속화현상의 원인 및 환경파괴의 원인으로 지목되는 납을 대체할 수 있는 원소를 찾는다면 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 차세대 태양전지 개발에 박차를 가할 수 있을 것으로 기대된다.
대기권 및 우주, 사막, 바다 등 주로 극한 환경에서 사용되는 페로브스카이트 태양전지는 높은 효율과 저렴한 생산비용으로 각광받고 있지만 외부 압력 및 충격이 가해지면 성능 저하를 일으켜 상용화에 큰 어려움이 있었다.
이에 KIST 계산과학연구센터 이정훈 박사팀은 18일 미국 UC버클리대 물리학과 제프리.B.니튼(Jeffrey.B.Neaton) 교수팀과 공동으로 하이브리드(유기금속 할라이드) 페로브스카이트 태양전지의 구조 변화와 금속화 현장으로 인한 성능 저하 원인을 이론적으로 규명했다고 밝혔다.
연구진은 슈퍼컴퓨터를 활용, 양자역학 이론을 통해 외부 얍력에 의한 태양전지 구조변화 현상을 증명했다.
상 전이가 일어나는 압력을 정확하게 예측함으로서 유기 분자들이 고압력 하에서 안정성을 위해 입방정계 구조로 유도되는 현상을 밝힌 것.
또 연구진은 높은 압력에 의해 납 원자들이 상호작용을 일으켜 부도체에서 도체 특성을 갖게 되는 금속화 현상을 일으켜 전기가 흐르게 하는 원인이 됨을 확인했다.
이정훈 박사는 “이번 성과는 향후 고성능 하이브리드 페로브스카이트 대양전지 개발 및 최적화에 있어 새로운 이론적 가이드라인을 제시할 것으로 기대된다”며 “실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 차세대 전지로 자리매김하는 데 기여할 것”이라고 말했다.
한편 이번 연구결과는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 주요사업으로 수행됐으며 에너지소재 분야 국제학술지인 ‘ACS Energy Letters’ (IF: 16.331, JCR 분야 상위 1.923%) 최신 호에 게재됐다.
