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차세대 박막태양전지 상용화 걸림돌 해소…박막 내부압력 해소방안 찾았다

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화학연, 특수한 유기단량체 공정기술 개발
박막 수축 시 변형과 내부 결함 줄여 효율 향상
차세대 박막형 태양전지로 각광받는 페로브스카이트 태양전지의 안정성을 높일 수 있는 공정기술이 개발됐다. 페로브스카이트 태양전지 사용화의 걸림돌이었던 안정성 문제를 근원적으로 해결하는 기술로 쓰일 전망이다.

한국화학연구원은 한길상·전남중 박사 연구팀이 정현석 성균관대 교수 연구팀과 함께 페로브스카이트 태양전지의 안정성을 떨어 뜨리는 변형응력을 없애는 기술을 개발했다고 11일 밝혔다.

변형응력은 소재가 변형되는 과정에서 가해지는 힘을 뜻한다. 용액 형태의 페로브스카이트 필름을 태양전지 기판 위에서 고체 필름 형태로 만드는 과정에서 페로브스카이트와 기판의 열팽창 계수가 달라 내부에 힘이 가해져 수축이 생기기에 발생한다.

페로브스카이트 박막 소재는 작은 결정 알갱이들이 무수히 존재하는 다결정 구조로 이뤄져 내부에 많은 결함이 있다. 이런 결함 중 페로브스카이트 박막 형성 과정에서 발생하는 변형으로 인해 박막 분해가 가속화되는 문제는 해결하지 못했다.

연구팀은 액체 형태의 페로브스카이트 박막에 특수한 유기 단량체를 추가해 박막이 응고된 후 냉각될 때 수축으로 인한 변형응력을 유기 단량체가 쿠션처럼 분산시키면서 변형과 내부 결함을 줄였다. 유기 단량체가 결정 알갱이 크기를 키워 결정 경계면을 줄이고, 페로브스카이트 박막 수축 시 내부의 인장 응력을 분산시켜 없애는 역할을 한 것이다.

아울러, 유기 단량체는 빛을 쬐면 서로 연결되며 고분자로 중합된 뒤, 페로브스카이트 박막 표면과 결정 경계면 결함을 줄여 효율과 안정성을 확보하도록 했다.

연구팀은 개발된 공정 기술을 바탕으로 제작한 페로브스카이트 태양전지는 외부의 수분과 산소 차단이 자체적으로 가능해 세계 최고 수준의 효율과 안정성을 보였다.

한길상 화학연 박사는 "페로브스카이트 태양전지 박막에 발생하는 결함을 근본적으로 해결한 연구로, 앞으로 상용화를 위한 원천기술로 활용이 가능할 것으로 기대한다"고 말했다.

이 연구결과는 국제 학술지 '어드밴스드 에너지 머터리얼즈(12월호)' 표지 논문으로 실렸다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr

차세대 박막태양전지 상용화 걸림돌 해소…박막 내부압력 해소방안 찾았다
한국화학연구원은 페로브스카이트 태양전지의 안정성 저하 원인인 '변형응력'을 특수한 유기단량체를 추가해 해소하는 공정기술을 개발했다.

화학연 제공




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