'방수 스프레이'로 태양전지 보호한다

물·자외선으로부터 태양전지 보호
자외선을 가시광선으로 바꿔 전력 효율 높여
스프레이 코팅 방식으로 가격 경쟁력·범용성 확보

[아시아경제 황준호 기자] 국내 연구진이 수분에 약한 페로브스카이트 태양전지를 수분으로부터 보호하고, 전지 '노화'를 일으키는 자외선을 차단해 유용한 가시광선으로 바꾸는 기술을 개발했다. 이 기술은 완성된 전지에 코팅하는 방식으로 활용할 수 있어, 빠른 상용화가 가능할 것으로 예상된다. 울산과학기술원의 권태혁, 서관용, 장성연 교수는 이처럼 다양한 기능을 가진 페로브스카이트 전기 코팅재료와 코팅 방식을 개발했다고 22일 밝혔다. 관련 연구 성과는 에너지 분야 국제 학술지인 어드밴스드 에너지 머티리얼스에 23일(현지시간) 실릴 예정이다.

방수 스프레이로 태양전지 보호한다

연구팀은 페로브스카이트 태양전지의 수분 취약성을 해결하고 전지 효율성을 높이는 기술을 개발했다. 물을 밀어내는 성질(발수성)을 강화한 유기금속을 '초음파 스프레이 방식'으로 전지에 입힌 것이다. 연구팀이 개발한 유기금속은 페로브스카이트에 쪼여진 자외선을 가시광선으로 바꾼다. 가시광선 양이 많아지면서 전지가 흡수하는 전력도 높아지게 된다.

제1저자인 화학과 황은혜 연구원은 "유기금속은 금속인 백금 이온 주변에 유기물이 꼬리(리간드)처럼 달라붙어 있는 구조를 갖는데, 이 꼬리 부분에 발수성이 강한 물질(작용기)을 썼다"고 말했다. 공동 제1저자인 김형우 에너지공학과 연구원은 "자외선을 선택적으로 흡수해 이를 다시 가시광선으로 발산하는 유기금속을 밀도범함수 이론에 기초해 디자인 했다"고 설명했다.

50-60% 습도에서도 900시간 가까이 초기 효율 유지

유기금속이 코팅된 전지는 50-60%의 높은 습도에서도 900시간 가까이 초기 효율을 유지했다. 광하향변환에 의해 전지 효율도 향상됐다. 또 이 코팅을 적용하지 않은 전지의 경우 300시간 만에 자외선에 의해 효율이 반으로 줄어든 반면, 코팅이 적용된 전지는 같은 시간 동안 처음의 효율을 그대로 유지했다.

서관용 교수는 "페로브스카이트 태양전지의 고질적인 불안정성 문제를 해결하는 동시에 전지의 효율을 높였다는 점에서 파급력이 큰 연구"라고 강조했다.

연구팀은 이 유기금속을 쉽게 코팅할 수 있는 경제적 기법도 개발했다. 미세 입자상태의 복합체 용액을 압축 질소 기체를 이용해 아주 얇게 코팅하는 방법이다. 기존 공정들과 달리 기판의 윗면과 측면을 동시에 코팅할 수 있다. 장성연 교수는 "최소한의 공정으로 경제성(약 US$2.0/m2)을 갖췄다"고 전했다.

권태혁 교수는 "다기능성 보호막을 단일물질(유기금속), 단일공정을 통해 만들었다는데 의의가 크다"며 "페로브스카이트뿐만 아니라 다양한 태양전지에 적용 가능한 '플랫폼' 기술로서도 가치 있는 연구"라고 설명했다.