[울산=뉴시스] 구미현 기자 = 페로브스카이트–유기 탠덤 태양전지의 효율과 수명을 동시에 높일 수 있는 박막물질 상태 제어 기술이 개발됐다. 태양전지 뿐만이라 태양광을 직접 활용해 물에서 수소를 생산하는 광전극에도 적용될 수 있는 기술이다.

울산과학기술원(UNIST)은 탄소중립대학원 김진영·김동석 교수와 에너지화학공학과 신승재 교수 연구팀이 탄산칼륨(K₂CO₃)을 이용해 자가조립 분자층(SAM)의 화학 상태를 조정하는 방법으로 페로브스카이트 유기 탠덤 태양전지의 효율과 수명을 개선했다고 17일 밝혔다.

페로브스카이트와 유기 태양전지를 위아래로 쌓는 탠덤 태양전지는 서로 다른 파장의 빛을 나눠 흡수해 더 많은 전기를 생산할 수 있는 차세대 태양전지로 주목받고 있다. 하지만 전극과 광활성층 사이에 형성되는 분자층이 제조 과정에서 일부 씻겨 나가면 효율이 떨어지고 전지 수명이 짧아지는 문제가 있었다.

이 기술이 적용된 페로브스카이트–유기 탠덤 태양전지는 25.1%의 전력 변환 효율과 2.23V의 전압을 기록했으며,  최대출력점추적(MPPT) 조건에서 220시간 연속 구동 후에도 초기 성능의 80% 이상을 유지하는 안정성을 보였다.

이 기술은 태양전지뿐 아니라 햇빛을 직접 이용해 물에서 수소를 생산하는 광전극 장치에도 적용할 수 있다. 이 기술이 적용된 광전극은 실험에서 외부 전압 없이도 물 분해 반응을 유도할 수 있는 광전압을 확보했으며, 태양에너지를 수소로 바꾸는 효율은 7.7%를 기록했다.

김진영 교수는 "분자 수준에서 계면의 화학상태를 제어하는 전략을 통해 태양전지의 성능과 안정성을 획기적으로 개선했다"며 "태양광 발전과 그린수소 생산을 통합한 차세대 에너지 시스템 개발에 활용될 수 있을 것"이라고 밝혔다.

이번 연구는 손중건 박사, 구하은 석박사 통합과정 연구원, 이우진 박사가 제1저자로 참여했다.

연구 결과는 에너지 분야 권위지인 '에너지와 환경과학(Energy & Environmental Science)'에 지난 2월5일 게재됐다.


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