서장원 화학연 박사팀
한국화학연구원은 서장원 박사(사진)팀이 새로운 유기화합물 소재를 개발해 페로브스카이트 태양전지에 적용한 결과, 열안정성을 높이면서 세계 최고 수준의 효율을 기록했다고 10일 밝혔다.
페로브스카이트는 부도체, 반도체, 도체의 성질뿐 아니라 초전도 현상까지 보이는 특별한 구조의 물질로, 이를 이용해 만든 태양전지는 제조가 쉽고 저렴하다. 페로브스카이트 태양전지는 맨 위부터 물질의 정공(양의 전하)을 이동시키는 정공 수송층, 빛을 받아 전하를 생성하는 화합물 층, 전자를 이동시키는 전자 수송층 등 세 개 층으로 이뤄져 있다. 태양광을 받으면 화합물층에서 전자와 전공이 이동하면서 전기가 발생한다. 이때 정공은 양극으로, 전자는 음극으로 각각 이동한다.
연구팀은 'DM'으로 명명된 정공 수송층에 쓰이는 새로운 화학소재를 개발했다. 이 소재는 정공 운반능력이 뛰어나고 페로브스카이트 전지에 최적화된 에너지 레벨을 부여함으로써 개방전압을 높여준다. 개방전압은 태양전지의 효율을 측정하는 주요 기준으로, 이 소재를 적용한 페로브스카이트 태양전지는 단위소자 면적(0.1㎠)보다 10배 큰 1㎠ 소자에서도 세계 최고 효율인 20.9%를 기록했다.
또한 섭씨 60℃에서 500시간 이상 장기간 열안정성을 보여 기존 정공 소재가 지닌 취약한 열안정성을 극복한 것으로 평가받았다. 연구팀은 지난해 기록한 면적 1㎠에서의 19.7%의 효율을 1년여 만에 넘어선 결과라고 설명했다.
서장원 박사는 "앞으로 고효율화 기술을 적용한 대면적 모듈 개발에 집중할 계획"이라고 말했다.
이 연구결과는 국제학술지 '네이처 에너지(9일자)' 온라인판에 실렸으며, 화학연 주요 사업과 산업부, 과기부 등의 지원을 받아 연구가 이뤄졌다.
대전=이준기기자
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