독성 강한 납 사용않는 '친환경' 차세대 태양전지 소재 개발

최용찬 DGIST 박사팀, 안티모니 칼코아이오다이드 합성법 개발

[아시아경제 김봉수 기자] 차세대 태양전지 소재의 하나로 주목받고 있는 페로브스카이트 물질의 치명적 결점은 생산할 때 환경 오염이 심각한 납(Pb)을 쓴다는 점이다. 국내 연구진이 납을 사용하지 않는 차세대 태양전지 소재 핵심 기술을 개발해 관심을 끌고 있다.

대구경북과학기술원(DGIST)은 최용찬 에너지융합연구부 박사팀이 납을 사용하지 않는 친환경 차세대 태양광 소재로 각광받고 있는 안티모니 칼코아이오다이드(Antimony chalcoiodide, Sb(S,Se)I)의 조성을 제어할 수 있는 핵심 기술을 개발했다고 23일 밝혔다. 향후 납을 포함하지 않는 차세대 비납계 태양전지 개발에 긍정적인 영향을 줄 것으로 기대된다.

최근 들어 실리콘에 버금가는 높은 성능과 제작의 편리성을 갖는 납(Pb)을 기반으로 한 페로브스카이트 물질이 차세대 태양전지 소재로서 각광받고 있다. 하지만 납(Pb)의 유해성은 상용화에 있어 큰 걸림돌이다. 따라서 비(非)납계 태양광 소재인 안티모니 칼코아이오다이드 소재가 대표적인 대체재로 각광받고 있지만, 관련 연구는 초기 단계에 머물러 있는 것이 현실이다.

연구팀은 2단계로 나눠진 용액공정을 통해 안티모니 칼코아이오다이드의 조성을 제어할 수 있는 소재를 개발하는데 성공했다. 연구팀은 첫 번째 단계에서 안티모니 칼코게나이드(Sb2(S,Se)3)를 제조, 2단계에서 이를 삼아이오딘화안티모니(SbI3)와 반응시켜 안티모니 칼코아이오다이드로 변환시켰다.

연구팀은 또 해당 공정을 통해 소재의 단순한 조성을 넘어서 소재의 결정과 형상, 그리고 전자 구조가 모두 잘 제어된 안티모니 칼코아이오다이드 Sb(S1-xSex)I 소재 제작에 성공했다. 전자 구조 분석을 통해 이 소재의 한계점을 지적하고 고성능 태양전지 제작을 위해 필요한 적절한 계면층을 소개하기도 했다.

최 박사는 "이번에 개발한 방법은 안티모니 칼코아이오다이드를 포함한 다양한 삼원계 칼코할라이드 소재 제작에도 적용할 수 있을 것"이라며 "향후 단순한 태양광을 넘어 비납계 차세대 태양전지 개발에 있어 토대가 될 것으로 기대된다"고 말했다.

이번 연구 결과는 에너지 분야 국제학술지인 ‘ACS Applied Energy Materials’에 지난 16일 온라인 게재됐고 추가표지(Supplementary Cover) 논문으로 채택됐다.