전북대학교 한윤봉 교수(공대 화학공학부)와 왕유셍 박사과정생이 차세대 태양전지로 각광받고 있는 페로브스카이트(Perovskite) 태양전지를 나노복합소재와 계면공학 기술을 적용해 제조할 수 있는 기술을 개발해 세계 학계 주목을 받았다.
이 기술을 적용한 페로브스카이트 태양전지는 기존과 달리 공기에 노출됐을 때 안정성이 매우 좋고, 소자 성능이 좋아 수명 역시 기존 태양전지보다 길다는 장점도 있는 것으로 밝혀졌다.
한 교수팀의 이 기술은 에너지 분야 세계적 학술지인 『Nano Energy)』 (IF=12.343)에 게재됐다.
페로브스카이트 태양전지는 높은 광 흡수율, 큰 전하 확산계수, 우수한 전하이동 능력 등으로 인해 발전효율이 높으며 저가 대량생산이 가능하기 때문에 전 세계적으로 실용화를 연구가 경쟁적으로 진행되고 있다.
그러나 지금까지 보고된 페로브스카이트 태양전지는 공기에 노출되었을 때 전자 수송층의 광촉매 현상과 수분에 의한 페로브스카이트 물질의 분해로 인해 수명이 현저하게 단축되는 문제점을 갖고 있었다.
한 교수팀은 이런 문제를 해결하기 위하여 산화니켈(NiO) 나노입자와 페로브스카이트를 하이브리드한 나노복합소재를 처음으로 개발해 그 결과를 지난해 『Nano Energy)』에 게재한 바 있다.
*전자수송층이란 태양광에 의해 광흡수층의 엑시톤(exiton)이 전하와 정공으로 분리되어 생성된 전자가 전극쪽으로 원활하게 이동되어 전류를 생성해주는 층을 말한다.
이번에 개발한 기술은 나노복합소재와 계면공학 기술을 적용하여 모든 공정을 용액상태로 대기 중에서 진행하여 페로브스카이트 태양전지를 제조한 것이다. 그 결과, 20일 후면 소자가 안정화되며 210일 이상 지나도 태양전지 성능이 90퍼센트 이상 유지되는 성과를 얻었다.
이는 소자 구조에 적용한 금속산화물 계면층이 페로브스카이트 결정성을 좋게 하고, 페로브스카이트 물질의 분해를 억제함과 동시에 전자-정공 재결합을 억제시키기 때문이라고 밝혔다(Nano Energy 40권, 2017년 10월호).
한 교수는 “이번 연구는 페로브스카이트 태양전지의 실용화에 걸림돌이 되고 있는 문제점들을 개선한 것”이라며 “저렴한 가격으로 성능이 좋은 태양전지를 상용화하는 데 한 걸음 다가선 연구로 의미를 갖는다”고 밝혔다.
한편, 이번 연구 결과는 미래창조과학부가 주관하는 중견연구자지원사업과 BK21플로스 사업의 지원을 받아 이뤄졌다.
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