효율↑ 광안정성↑… 페로브스카이트 태양전지 개발

국내연구팀, 기존 전지보다 16% 고효율

[아시아경제 정종오 기자]높은 효율을 나타내는 태양전지가 국내 연구팀에 의해 개발됐다. 이번 제품은 세계 최고 수준의 광안정성을 가진다고 강조했다.

국내 연구팀이 포름아미디늄 양이온을 이용해 16% 고효율과 장기 광안정성을 가진 페로브스카이트 태양전지를 만들었다. 페로브스카이트는 우수한 태양전지 특성을 가진 물질을 말한다. 페로브스카이트 태양전지는 최근 높은 효율과 낮은 공정단가로 각광을 받는 차세대 태양전지 기술이다.

기존의 페로브스카이트 태양전지로 사용된 물질은 메틸암모늄 양이온이다. 이 물질을 사용할 경우 800nm 이하의 파장을 가진 빛만 흡수해 태양전지로써 기능을 높이는데 어려움이 많았다. 또 태양전지로 작동하는 온도에서 상전이 현상(고체에서 액체로 변화는 것과 같이, 물질이 다른 상(相)태로 변화는 현상)과 빛의 장기 노출에 따른 광열화 현상(빛에 노출로 재료의 성능이 떨어지는 현상)으로 안정성에 있어 풀어야 할 숙제였다.

연구팀은 메틸암모늄 대신 고순도 포름아미디늄을 이용해 광안정성이 우수하면서도 16%의 고효율을 가진 페로브스카이트 태양전지를 개발한 것이다. 이번에 개발된 포름아미디늄 페로브스카이트 태양전지는 상전이 현상이 없고 빛에 장기 노출돼도 안정성이 뛰어났다. 또 흡수할 수 있는 빛의 파장이 840nm로 기존보다 40nm 더 확장돼 광전류 생성이 보다 더 유리하다.

▲박남규 교수

이번 연구는 미래창조과학부에서 추진하는 글로벌프론티어사업의 멀티스케일에너지시스템연구단(단장 최만수)과 기후변화대응기술개발사업의 지원을 받아 박남규 교수(성균관대) 연구팀이 수행했다. 연구결과는 재료분야 전문지인 Advanced Materials 6월13일(금) 온라인(논문명:High-Efficiency Perovskite Solar Cells Based on the BlackPolymorph of HC(NH2)2PbI3)에 실렸다.

박남규 교수는 "이번에 개발된 포름아미디늄 양이온을 이용한 태양전지는 광안정성에서는 세계 최고 수준"이라며 "공정시 평균 효율도 15.5%로 재현성 또한 뛰어나며 기존보다 빛을 흡수하는 영역이 확장돼 앞으로 태양전지 구조 와 공정기술을 최적화할 경우 25% 이상의 고효율이 가능할 것으로 기대된다"고 말했다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr