화학연 에너지소재연구센터 서장원 박사 연구팀은 페로브스카이트 태양전지를 구성하고 있는 새로운 소재를 개발해 전지의 열안정성을 높이고 1㎠ 소자 세계 최고 효율(20.9%)을 기록했다. 이번 성과는 네이처 에너지 (Nature Energy, IF=46.859) 7월 9일자(현지일자) 온라인판에 게재됐다.

페로브스카이트는 부도체·반도체·도체의 성질은 물론 초전도 현상까지 보이는 특별한 구조의 물질로 이를 이용한 태양전지는 제조가 쉽고 저렴해 차세대 태양전지로 주목받고 있다. 하지만 상용화된 실리콘 태양전지에 비해 태양광을 전기에너지로 변환시키는 효율이 낮았다. 태양전지가 구동되는 높은 온도에서 안정성도 확보하기 어려웠다.

연구팀은 페로브스카이트 전지에 최적화된 에너지레벨을 지닌 새로운 화학소재를 개발해 두마리 토끼를 잡았다. `DM`으로 명명된 이 소재는 태양전지의 개방전압을 높이는 데 결정적인 영향을 끼쳤다. 개방전압은 태양전지의 효율을 측정하는 주요 기준으로, 이 소재를 적용한 페로브스카이트 태양전지는 단위소자 면적(0.1㎠)보다 10배 큰 1㎠ 소자에서도 높은 효율을 보였다. 기존 소재가 가진 취약한 열안정성도 극복했다. 신규 개발된 소재는 섭씨 60도에서 500시간 이상 장기 열안정성을 보이고 있다.

화학(연) 서장원 박사는 "이번 연구는 페로브스카이트 태양전지의 효율과 열안정성을 동시에 확보해 상용화 가능성을 높였다는 데 의미가 있다. 앞으로 고효율화 기술을 적용한 대면적 모듈 제조 개발에 힘쓰겠다"고 말했다.

이용민 기자

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