페로브스카이트 태양전지 수명 2.5배 늘릴 신소재 개발

[이투뉴스] 국내 연구진이 방사선의 일종인 감마선(Gamma ray)을 이용 차세대 페로브스카이트 태양전지의 수명을 배 이상 늘릴 수 있는 신소재를 개발해 국제 학술계의 주목을 받고 있다.

정찬희 원자력연구원 선임연구원과 나석인 전북대 교수팀은 페로브스카이트 태양전지 소재로 활용가능한 '그래핀-고분자 하이브리드 소재(PRGO:PSS)'를 개발했다고 15일 밝혔다.

연구진은 또 신소재 PRGO를 이용해 페로브스카이트 태양전지의 수명을 기존 대비 2.5배 늘릴 수 있다는 사실을 확인했다고 덧붙였다.

미래창조과학부 방사선기술개발사업의 일환으로 추진된 이번 연구 결과는 세계 에너지 분야의 권위있는 학술지 <나노 에너지(Nano Energy)> 10일자 온라인판 게재됐다.

연구진은 그래핀 산화물에 감마선을 쏘여 특정 화학반응을 유도하는 방법으로 PRGO를 개발했다.

PRGO는 태양전지 광활성층과 전극 사이에서 양전하(＋)를 전달하는 정공수송층에 사용 되는데, 수분에 대한 저항성이 높고 인접한 다른 재료의 부식에 영향을 미치지 않는다는 장점이 있다.

반면 기존  정공수송층의 소재로 사용되는 전도성 고분자 화합물(PEDOT:PSS)은 공기중 수분을 빨아들여 변질이 쉽고 강한 산성이어서 인접 다른 재료를 부식시키는 문제가 있었다.

이는 페로브스카이트 태양전지의 수명을 급격히 저하시키는 원인 중 하나로 알려져 왔다.

현재 국내외에서는 PEDOT:PSS의 문제점을 극복할 수 있는 그래핀 기반 소재의 연구가 활발히 진행중이며, 이번에 연구진이 개발한 PRGO 역시 그래핀 기반의 신소재다.

하지만 그래핀을 대량 생산하려면 그래핀 산화물에 환원제(하이드라진)를 첨가한 뒤 장시간 고온의 열처리가 필요해 상대적으로 많은 시간과 비용이 소요되고 있다.

이에 반해 PRGO는 방사선을 이용해 상온에서도 별도 첨가제 없이 용이하게 제조할 수 있어 상용화 시 페로브스카이트 태양전지의 고효율 대량 생산에도 기여할 전망이다.

연구진은 이번에 개발한 신소재로 차세대 차세대 태양전지의 수명을 늘리는 한편 OLED(유기발광다이오드) 등 고성능 차세대 전자 소자 성능 향상에도 다양하게 활용할 것으로 기대하고 있다.

페로브스카이트 태양전지는 2009년 처음 알려진 이후 현재 최고효율 22%(연구실 수준)를 기록하며 지속적인 연구개발이 진행되고 있다.

이상복 기자 lsb@e2news.com