효율 저하 없는 보호 피막 활용해 수분·열 자극 보호
[이투뉴스] 국내 연구진이 대량 생산에 유리한 박막증착 공정 방식으로 최고 효율의 페로브스카이트 태양전지를 개발했다.
UNIST(총장 이용훈) 박혜성 신소재공학과 교수팀은 1일 진공 박막증착 공정을 활용해 고효율·장수명 페로브스카이트 태양전지 제조에 성공했다. 진공 박막증착은 원료 물질을 진공 상태서 증발시켜 기판에 얇게 입히는 방식이다. 대형 유기발광다이오드(OLED) TV 제조 등에서 널리 쓰이고 있는 기술이다.
연구팀이 개발한 페로브스카이트 태양전지는 태양광-전기 변환 효율이 21.4%를 기록했다. 이는 진공 박막증착 공정으로 제조한 페로브스카이트 태양전지 중 최고 수준이다.
또 전지 전체를 보호물질로 감싸는 봉지막 공정 없이도 60~70% 습도에서 1000시간 전지를 작동시켰을 때 초기 효율의 60% 이상을 유지하는 내구성을 보였다.
이는 페로브카이트 물질 위에 증착된 보호 피막 덕분이다. 이 피막은 수분이나 열 자극 보호 효과가 탁월하면서도 기존 보호 피막과 달리 전지 효율을 떨어뜨리지 않는다고 연구진은 설명했다.
페로브스카이트 태양전지는 페로브스카이트 물질 바로 위에 얇은 막을 형성시켜 수분과 열에 약한 페로브스카이트를 보호한다. 그러나 기존에 보호 기능이 뛰어난 것으로 알려진 ‘루델스덴-포퍼’ 구조 피막은 내부 입자 배열이 불규칙해 전기를 만드는 효율을 떨어뜨렸다.
연구진은 내부 입자 정렬방향을 맞춘 보호 피막을 합성해 문제를 해결했다. 증착 과정에서 박막 형성 속도와 같은 공정 변수를 조절하는 기술을 썼다.
박혜성 교수는 “박막 증착은 페로브스카이트 태양전지를 상용화 가능한 큰 크기로 제작하는 데 매우 유리한 제조방식”이라며 “이 방식으로 만든 전지의 효율이 20%를 넘어섰다는 점에서 고무적”이라고 말했다.
연구진은 이번 기술로 페로브스카이트 태양전지뿐만 아니라 탠덤 태양전지(실리콘 전지와 페로브스카이트 전지를 결합한 전지), 페로브스카이트 기반 발광다이오드, 광센서 등에도 응용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
연구 결과는 에너지 분야 국제 학술지 ‘에너지와 환경과학(Energy & Environmental Science)’에 6월 21일 온라인 공개돼 정식 출판을 앞두고 있다. 연구는 한국연구재단, 한국에너지기술평가원, 한국과학기술연구원의 지원을 받아 이뤄졌다.
진경남 기자 jin07@e2news.com