9일 한국연구재단에 따르면, UNIST 김진영 교수(교신저자)와 한양대 최효성 교수(제1저자)가 주도하고 미국 캘리포니아주립대 산타바바라 분교와 공동으로 수행한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업 및 BK플러스사업으로 수행됐으며, 네이쳐 커뮤니케이션(Nature Communications)지 온라인판 6월 17일자에 게재됐다.
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| ▲ 좌측부터 최효성 교수, 김진영 교수 (사진=한국연구재단 제공) |
페로브스카이트를 광흡수층으로 한 태양전지는 기존의 실리콘 태양전지 보다 제작단가가 획기적으로 낮고 효율도 비슷한 수준으로 유지할 수 있어 차세대 태양전지로 각광받고 있다. 전지 내에서 전자 전달체와 전공 수송층의 위치를 맞바꾼 역구조 페로브스카이트 태양전지는 고효율의 플렉서블한 제작도 가능하다.
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.
또 CPE-K는 저온 용액 공정이 가능해 종이에 인쇄하듯 소자를 대량 생산할 수 있어 플렉서블 역구조 페로브스카이트 태양전지 상용화를 크게 앞당길 것으로 보인다.
김진영 교수는 “이번 연구는 모든 박막 광전자소자에 적용 가능한 원천기술로 차세대 광전자소자 개발에서 선도국과의 격차를 줄일 수 있을 것”이라고 밝혔다.
최효성 교수는 “페로브스카이트 태양전지 소자 제작 분야에서 가장 앞서나가고 있는 우리나라에서 소재 개발 분야에도 중점적인 연구투자가 이뤄진다면 관련 분야에서 독보적인 원천기술을 확보할 수 있을 것”이라고 밝혔다.
