KPI뉴스 - UNIST(유니스트), 고효율 '페로브스카이트 태양전지' 개발

  • 흐림보성군10.7℃
  • 흐림영주8.6℃
  • 구름많음정읍8.5℃
  • 흐림의성9.6℃
  • 흐림남원10.7℃
  • 흐림추풍령8.3℃
  • 맑음수원8.4℃
  • 구름많음금산7.7℃
  • 맑음서울11.1℃
  • 맑음동두천7.1℃
  • 구름많음봉화6.3℃
  • 흐림이천8.3℃
  • 흐림고산10.5℃
  • 흐림목포11.7℃
  • 맑음부여6.6℃
  • 흐림거창9.7℃
  • 비북부산12.5℃
  • 맑음파주5.5℃
  • 구름많음고창8.9℃
  • 구름많음부안9.1℃
  • 흐림합천11.4℃
  • 흐림청송군8.0℃
  • 구름많음전주10.0℃
  • 흐림순창군10.1℃
  • 흐림영월7.1℃
  • 흐림순천9.3℃
  • 비부산12.6℃
  • 흐림북춘천7.4℃
  • 구름많음철원7.0℃
  • 구름많음청주11.3℃
  • 맑음천안6.9℃
  • 구름많음양평8.9℃
  • 흐림통영12.1℃
  • 구름많음정선군5.9℃
  • 구름많음북강릉10.8℃
  • 구름많음강릉12.9℃
  • 흐림홍천7.8℃
  • 흐림춘천8.1℃
  • 흐림울진9.9℃
  • 흐림성산11.3℃
  • 흐림강진군10.9℃
  • 구름많음영덕10.1℃
  • 구름많음광주12.7℃
  • 흐림울릉도11.5℃
  • 맑음세종8.3℃
  • 비여수13.1℃
  • 흐림양산시12.5℃
  • 흐림인제6.9℃
  • 비서귀포12.3℃
  • 흐림의령군11.1℃
  • 흐림장수8.6℃
  • 흐림대구11.9℃
  • 박무인천10.8℃
  • 흐림고흥10.9℃
  • 흐림광양시12.3℃
  • 구름많음충주9.1℃
  • 흐림태백6.1℃
  • 구름많음포항12.6℃
  • 맑음홍성6.9℃
  • 구름많음대전9.2℃
  • 맑음강화7.3℃
  • 흐림상주9.6℃
  • 구름많음고창군8.5℃
  • 흐림북창원12.4℃
  • 구름많음대관령2.4℃
  • 흐림해남10.8℃
  • 흐림영천10.4℃
  • 흐림남해12.0℃
  • 흐림장흥10.8℃
  • 구름많음거제12.0℃
  • 흐림완도11.1℃
  • 흐림진주10.6℃
  • 박무백령도9.6℃
  • 맑음서산6.6℃
  • 흐림제천6.6℃
  • 맑음군산8.1℃
  • 비울산11.5℃
  • 맑음보령6.7℃
  • 흐림경주시11.1℃
  • 흐림문경8.7℃
  • 비제주11.2℃
  • 흐림속초11.7℃
  • 흐림보은8.1℃
  • 구름많음영광군9.0℃
  • 구름많음동해10.9℃
  • 흐림밀양12.3℃
  • 구름많음서청주8.1℃
  • 비창원12.1℃
  • 흐림산청10.6℃
  • 흐림흑산도10.2℃
  • 흐림김해시11.8℃
  • 흐림함양군10.5℃
  • 흐림구미11.1℃
  • 흐림진도군10.5℃
  • 구름많음원주9.2℃
  • 구름많음임실8.4℃
  • 흐림안동10.6℃

UNIST(유니스트), 고효율 '페로브스카이트 태양전지' 개발

박동욱 기자
기사승인 : 2022-01-18 09:07:20
에너지기술연구원 공동연구…광전자공학 최고권위 저널에 공개 UNIST(울산과학기술원)와 한국에너지기술연구원(KIER) 연구진이 모듈 형태로 크기를 키운 '페로브스카이트 태양전지'의 최고 효율 기록을 경신했다.

이 같은 연구 결과는 광전자공학 최고 권위 저널 '네이쳐 포토닉스'(Nature Photonics)에 1월 17일 자(현지 시각)로 공개됐다. 

▲ 오른쪽부터 시계방향으로 김동석 에너지연구원 박사, 양창덕 유니스트 교수, 이찬우·최인우 에너지연구원 박사, 정민규·정성훈 유니스트 연구원, 임강훈 에너지연구원 박사. [UNIST 제공]

울산과기원은 양창덕 UNIST 교수와 김동석·이찬우 KIER 책임연구원 공동 연구팀이 페로브스카이트 태양전지용 유기물 신소재를 개발했다고 18일 밝혔다.

페로브스카이트 태양 전지(perovskite solar cell)는 페로브스카이트 구조를 가진 물질을 광흡수층으로 사용하는 것으로, 차세대 태양전지로 각광받고 있다. 다만 기존의 실리콘 태양전지보다 5배 저렴한데, 효율이 낮은게 문제로 지적되고 있다. 

상용화를 위해서는 전지를 큰 크기로 만들어도 고효율을 유지해야 하는데, 이 소재를 써 만든 페로브스카이트 태양전지는 모듈 형태로 확장했을 때도 21.83%의 높은 효율을 기록했다. 또 장기안정성과 내열성 문제도 크게 개선돼 차세대 태양전지로 꼽히는 페로브스카이트 태양전지의 상용화 전망이 한층 밝아졌다.

연구진은 페로브스카이트 태양전지의 정공수송층(HTM)용 유기 소재를 새롭게 개발해 이 같은 성과를 올렸다. 정공수송층은 전지 효율을 결정하는 핵심 요소 중 하나다. 태양광 생성 전하입자(정공)를 전극으로 전달하는 중요한 역할을 한다. 이 정공 전달 성능을 끌어올리기 위해 넣는 첨가제(도핑) 때문에 기존 소재는 수분과 열에 취약하다는 문제가 있었다.

개발한 정공수송층 소재는 고온도 잘 견디고 수분에도 강하다. 초고효율 태양전지에 쓰이던 spiro-OMeTAD(스파이로-오엠이티에이디) 소재와 비슷하지만 분자 구조 말단에 나프탈렌 구조가 붙어있는 차이점이 있다.

개발한 정공수송층 소재를 쓴 페로브스카이트 전지는 60도 이상의 고온에서 전지를 작동하는 열 안정성 실험과 2000시간에 걸친 장기 내구성 평가에서도 기존 소재 대비 월등하게 향상된 성능을 보였다.

또 전지 크기를 25㎠ 확장해 모듈 형태로 제작했을 때도 21.83%의 고효율을 달성하였는데 이는 보고된 모듈의 광전변환효율 중 세계 최고 수준이다. 

제1 저자인 정민규 UNIST 에너지화학공학과 박사는 "페로브스카이트 태양전지 상용화의 걸림돌인 안정성 문제를 나프탈렌 구조 첨가(도입)라는 소재 설계 전략을 통해 해결했다"고 설명했다.

양창덕 교수는 "대체 정공수송층 소재를 개발하려는 시도가 많았음에도 불구하고, 최고 수준의 정공 전달 성능을 유지하는 동시에 소재의 안정성까지 확보한 연구는 거의 없었다"며 "이번 연구는 향후 페로브스카이트 태양전지용 유기 소재 개발에 있어서 새로운 전략을 제시하는 연구"라고 소개했다.

이번 연구는 한국연구재단, 한국에너지기술연구원, 한국에너지기술평가원 등의 지원을 받아 이뤄졌다.

KPI뉴스 / 박동욱 기자 pku24@kpinews.kr

[저작권자ⓒ KPI뉴스. 무단전재-재배포 금지]