효율과 안정성 높인 태양전지 소재 개발…포스텍 조길원 교수팀, 유기스페이서 분자첨가제 개발

분자첨가제 도입을 통해 성능과 내구성 문제를 동시에 해결.<포스텍 제공>

고성능·고안정성의 페로브스카이트 태양전지를 만들 수 있는 소재가 포스텍 연구팀에 의해 개발됐다.

포스텍은 16일 화학공학과 조길원 교수와 박사과정 송성원씨 연구팀이 페로브스카이트의 광전 효율과 안정성을 동시에 개선할 수 있는 유기 스페이서 분자첨가제를 개발했다고 밝혔다.
연구팀은 페로브스카이트 결정에 새로운 유기 스페이서 분자첨가제를 도입, 페로브스카이트 수분 저항성을 높이고 결정의 내부결함 농도를 획기적으로 낮춰 효율성과 안전성을 갖춘 페로브스카이트 태양전지를 구현하는 데 성공했다.

포스텍 화학공학과 조길원 교수

이에 연구팀은 유기 스페이서 이온을 첨가함으로써 2·3차원 페로브스카이트가 공존하는 하이브리드 페로브스카이트 광활성 층을 개발했다.

유기 스페이서는 3차원 페로브스카이트 결정의 표면에서 2차원 페로브스카이트 구조를 만드는데, 이러한 구조는 물을 배척하는 성질이 커서 수분에 대한 저항성을 높이는 안정화 층 역할을 한다. 

새롭게 도입한 유기 스페이서는 2·3차원 페로브스카이트 결정 계면의 기계적 응력을 최소화해 3차원 페로브스카이트 결정의 핵생성과 성장을 촉진할 수 있음을 최초로 발견했다. 이 결과, 광활성층인 3차원 페로브스카이트 결정의 내부결함이 획기적으로 줄어들었다는 게 연구진의 설명이다.

포스텍 화학공학과 박사과정 송성원씨

조길원 교수는 "이번 연구는 고성능·고안정성 페로브스카이트 태양전지 구현을 위한 유기스페이서 분자설계의 새로운 관점을 제시했다"며 "페로브스카이트 태양전지 기술의 상용화에 이바지할 수 있는 원천기술이 될 것으로 전망한다"고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 글로벌프론티어사업 '나노기반 소프트일렉트로닉스 연구단' 지원으로 수행됐으며, 에너지 분야에서 세계 최고 수준의 과학저널인 '어드밴스트 에너지 머티리얼즈'의 최신호 표지논문으로 실렸다.
김기태기자 ktk@yeongnam.com

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