국내 연구진이 차세대 태양전지로 각광받고 있는 페로브스카이트* 태양전지 상용화에 한걸음 더 나아갔다.

기존 역구조 페로브스카이트 태양전지의 정공수송층** 소재를 새롭게 개발해 수명은 약 3배, 효율은 10% 이상 향상시킨 것이다.

* 페로브스카이트(perovskite) : 부도체·반도체·도체 성질은 물론 초전도 현상까지 보이는 금속 화합물

** 정공수송층 (hole transport layer) : 태양전지에서 흡수된 태양광으로 만든 정공(전자가 빠져나간 빈구멍)을 투명전극으로 옮겨주는 층  

▲UNIST 김진영 교수

* 논문명: Conjugated polyelectrolyte hole transport layer for inverted-type perovskite solar cells

페로브스카이트를 광흡수층으로 한 태양전지는 기존의 실리콘 태양전지 보다 제작단가가 획기적으로 낮고 효율도 비슷한 수준으로 유지할 수 있어* 차세대 태양전지로 각광받고 있다.

▲한양대학교 최효성 교수

* 최근 연구에서 실리콘 태양전지와 비슷한 20%대의 기록 보고

** 역구조 페로브스카이트 태양전지 : 투명전극 위에 정공수송층이 위치하도록 기존 전자․ 정공 수송층을 바꾼 페로브스카이트 태양전지. 전자와 정공의 수송 속도를 맞추기 위해 첨가했던 고온처리 금속 화합물이 불필요해졌기 때문에 고효율로 휘고 접힐 수 있도록 제작 가능

하지만 기존 역구조 페로브스카이트 태양전지에서 정공수송층으로 널리 쓰이는 소재(PEDOT:PSS)는 강산성으로 빛을 흡수하는 면(광흡수층)을 부식시켜 소자 수명을 단축시켰다.

연구팀은 새로운 정공수송층 소재로 중성의 ‘CPE-K’ 물질을 개발해 광흡수층의 부식을 억제함으로써 소자의 수명을 약 3배 늘렸다.

연구진이 개발한 CPE-K는 전지를 제작했을 때 균일한 결정을 형성시킬 수 있어, 정공 수송 속도를 기존 대비 60배 빠르게 하고 전지의 효율도 10% 이상 향상시켰다.

또한 CPE-K는 저온 용액 공정*이 가능하여 종이에 인쇄하듯 소자를 대량 생산할 수 있어 플렉서블 역구조 페로브스카이트 태양전지 상용화를 크게 앞당길 것으로 보인다.

*저온 용액 공정 : 200℃이하에서 용액을 스프레이 혹은 잉크젯프린팅 방법 등으로 박막을 형성하는 공정

김진영 교수는 "이번 연구는 모든 박막 광전자소자에 적용 가능한 원천기술로 차세대 광전자소자 개발에서 선도국과의 격차를 줄일 수 있을 것이다" 고 밝혔다.

최효성 교수는 "페로브스카이트 태양전지 소자 제작 분야에서 가장 앞서나가고 있는 우리나라에서 소재 개발 분야에도 중점적인 연구투자가 이루어진다면 관련 분야에서 독보적인 원천기술을 확보할 수 있을 것이다" 고 밝혔다.