진공 증착에 주목
정공수송층 구조 최적화
고려대 KU-KIST 융합대학원 박혜성 교수(왼쪽 첫 번째), 고려대 최윤성 박사(왼쪽 두 번째), 고려대 정승온 박사. (사진=고려대 제공) *재판매 및 DB 금지
[서울=뉴시스]전수현 인턴 기자 = 고려대 KU-KIST 융합대학원 박혜성 교수 연구팀이 울산과학기술원(UNIST) 양창덕 교수 연구팀과 함께 페로브스카이트 태양전지에서 발생하는 계면 손실을 줄이고 대면적 확장성을 높이는 핵심 기술을 개발했다.
페로브스카이트 태양전지는 특수 결정구조를 가진 소재로 만들어졌다. 뛰어난 광 흡수율과 전하 이동 특성을 가져 차세대 태양전지로 주목받고 있다.
특히 진공 증착 방식은 정밀한 공정과 넓은 면적 구현에 유리해 상용화에 적합하나 고효율을 위해서는 소재와 계면의 정교한 최적화가 필요하다.
페로브스카이트 태양전지는 특수 결정구조를 가진 소재로 만들어졌다. 뛰어난 광 흡수율과 전하 이동 특성을 가져 차세대 태양전지로 주목받고 있다.
특히 진공 증착 방식은 정밀한 공정과 넓은 면적 구현에 유리해 상용화에 적합하나 고효율을 위해서는 소재와 계면의 정교한 최적화가 필요하다.
전 공정 진공 증착 페로브스카이트 태양전지 모식도(왼쪽) 및 정공수송층 계면 손실 최소화 전략. (사진=고려대 제공) *재판매 및 DB 금지
이에 연구팀은 단일 구조의 올리고머(고분자보다 작고 단순한 구조의 분자) 기반 소재인 '트라이아릴아민 테트라머(TAA-tetramer)'를 합성했다. '트라이아릴아민 테트라머'란 정공 수송 특성을 갖는 트라이아릴아민(TAA) 단위 구조를 4개 연결한 올리고머 형태의 분자다.
그리고 이를 진공 증착 방식의 정공수송층(정공을 선택적으로 이동시켜 전극으로 전달하는 중간층)에 적용하고 분자 간 정렬을 유도해 전하 이동 경로의 에너지 장벽을 낮췄다.
그 결과 태양전지에서 광흡수 후 전하가 분리될 때 형성되는 에너지 준위 차이인 '준페르미 준위 분리(QFLS)'가 향상되며 전압 손실을 줄일 수 있었다.
연구팀이 개발한 정공수송층은 진공 증착 방식으로 제작한 페로브스카이트 태양전지에서 우수한 효율과 안정성을 동시에 구현했다. 특히 소형뿐 아니라 대면적 소자와 모듈에서도 성능이 유지됐다.
또한 장시간 빛에 노출되는 환경에서도 초기 효율의 80% 이상을 유지해 내열성과 계면 안정성에서 높은 내구성이 확인됐다.
박 교수는 "이번 연구는 전 공정 진공 증착 기반 페로브스카이트 태양전지에서 계면 최적화 전략의 실효성을 실험적으로 입증한 성과"라고 설명했다.
한편 본 연구 성과는 에너지 및 연료 분야의 세계적인 학술지 '어드밴스드 에너지 머터리얼즈(Advanced Energy Materials)' 온라인에 지난 2월 5일 게재됐다.
◎공감언론 뉴시스 [email protected]
그리고 이를 진공 증착 방식의 정공수송층(정공을 선택적으로 이동시켜 전극으로 전달하는 중간층)에 적용하고 분자 간 정렬을 유도해 전하 이동 경로의 에너지 장벽을 낮췄다.
그 결과 태양전지에서 광흡수 후 전하가 분리될 때 형성되는 에너지 준위 차이인 '준페르미 준위 분리(QFLS)'가 향상되며 전압 손실을 줄일 수 있었다.
연구팀이 개발한 정공수송층은 진공 증착 방식으로 제작한 페로브스카이트 태양전지에서 우수한 효율과 안정성을 동시에 구현했다. 특히 소형뿐 아니라 대면적 소자와 모듈에서도 성능이 유지됐다.
또한 장시간 빛에 노출되는 환경에서도 초기 효율의 80% 이상을 유지해 내열성과 계면 안정성에서 높은 내구성이 확인됐다.
박 교수는 "이번 연구는 전 공정 진공 증착 기반 페로브스카이트 태양전지에서 계면 최적화 전략의 실효성을 실험적으로 입증한 성과"라고 설명했다.
한편 본 연구 성과는 에너지 및 연료 분야의 세계적인 학술지 '어드밴스드 에너지 머터리얼즈(Advanced Energy Materials)' 온라인에 지난 2월 5일 게재됐다.
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