건국대 교수팀, '우주 태양전지' 손상 막을 초경량 차폐막 개발

[서울=뉴시스]이예인 인턴 기자 = 건국대학교는 이만종 화학과 교수 연구팀이 세계 최초로 페로브스카이트 태양전지의 영구적 손상 원인을 실험적으로 규명하고, 초경량 차폐막으로 이를 차단하는 데 성공했다고 30일 밝혔다.

이번 연구에는 변장원·윤성필 연구원(공동 제1저자)과 정현석·박남규 성균관대 교수 등이 공동 참여했으며, 이만종 교수가 교신저자를 맡았다. 연구 성과는 국제학술지 '어드밴스드 에너지 머티리얼스'에 지난 8월 게재됐다.

페로브스카이트 태양전지는 방사선에 대한 내구성이 뛰어나 차세대 우주용 전지로 주목받았으나, 우주 방사선인 양성자에 노출되면 성능이 영구적으로 손상되는 한계가 있었다.

연구팀은 서로 다른 에너지의 양성자를 조사해 '에너지–플루언스 손상 지도'를 구축했다.

이를 통해 성능 저하는 양성자 에너지 크기가 아닌, 양성자가 소자 내부 어디에 얼마나 많은 에너지를 전달하느냐에 따라 달라진다는 사실을 증명했다.

분석 결과,양성자 조사 시 원자핵과의 충돌로 납(Pb), 요오드(I), 브롬(Br) 원자가 원래 위치에서 이탈하고 결정 구조에 결함이 생기는 비이온화 에너지 손실(NIEL)이 주요 손상 원인으로 나타났다.
 
연구팀은 이 같은 손상 원리를 바탕으로 고분자 소재 패릴린-C(Parylene-C)를 활용해 1~6㎛ 두께의 초경량 차폐막을 설계했다.

1㎛ 두께 차폐막은 20·50 keV 양성자를 정지시켰으나 190 keV 양성자는 막지 못했다. 이에 차폐막 두께를 6㎛로 최적화해 주요 발전 성능이 유지됨을 확인했다.

연구팀은 시뮬레이션을 통해 궤도별 방사선 환경을 분석하고, 실제 우주 임무 궤도와 운용 기간에 따라 필요한 보호막 두께를 설정하는 정량적 설계 기준을 확립했다.

이번 연구 결과는 향후 저궤도 위성군과 달 탐사선 등 장기간 운용되는 우주 시스템을 위한 페로브스카이트 태양전지 설계와 차세대 우주 전원 기술 개발에 활용될 것으로 기대된다.


◎공감언론 뉴시스 yein020528