[전남광주=뉴시스]이창우 기자 = 광주과학기술원(GIST) 연구진이 태양전지 계면의 분자 배열을 정교하게 제어해 대면적 페로브스카이트 태양전지의 효율과 안정성을 높이는 새로운 기술 개발함으로써 상용화에 속도가 붙게 됐다.

페로브스카이트 태양전지는 빛을 전기로 바꾸는 '광전 변환효율'이 뛰어나 차세대 태양전지로 주목받고 있다.

13일 GIST에 따르면 이광희 전략연구사업단장 연구팀은 페로브스카이트 표면에 인돌계 유기 암모늄 분자를 규칙적으로 배열해 전하 손실을 줄이는 계면 설계 원리를 제시했다.

연구팀은 분자 내부의 비대칭적인 전하 분포에 주목했다.

인돌(Ind) 분자가 일정한 방향으로 서로 마주보는 '면대면 배열'을 형성하도록 유도한 결과 전하 이동을 방해하는 계면 손실을 줄이고 전자 수송층과의 접촉면도 균일하게 만들 수 있었다.

실제 소자에 적용한 결과 소면적 태양전지에서 26.94%의 인증 광전 변환효율을 기록했으며 25㎠ 대면적 모듈에서도 23.21%의 인증 효율을 달성했다.

특히 85도의 고온 환경에서 1000시간 후 초기 효율의 93% 이상을 유지했으며 연속 광조사에서도 1800시간 후 초기 효율의 85%를 유지했다.

연구진은 이번 성과가 페로브스카이트 태양전지의 대면적화 과정에서 발생하는 성능 저하를 줄이고 향후 연속 제조공정과 모듈화 기술에 적용될 수 있을 것으로 기대했다.

건물 일체형 태양광(BIPV)과 경량·유연 태양전지, 모바일 전원 등 다양한 분야로의 활용 가능성도 제시했다.

이광희 GIST 전략연구사업단장은 "페로브스카이트 태양전지의 높은 효율을 대면적에서도 구현하는 것은 상용화를 위해 반드시 해결해야 할 과제"라며 "이번에 제시한 분자 설계 원리가 대면적화 과정에서 발생하는 계면 손실을 줄이고 페로브스카이트 태양전지의 상용화를 앞당기는 기반 기술로 활용되길 기대한다"고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기후변화대응기술개발사업·중견연구자지원사업 등의 지원을 받았다.

GIST 이광희 전략연구사업단장, 차세대에너지연구소 강홍규 부소장, 화학과 홍석원 교수가 공동 교신저자로 참여하고, 신소재공학과 기태윤 박사가 제1저자로 수행했다.

기초과학연구원(IBS)을 비롯해 한국과학기술원(KAIST), 한국에너지공과대학교(KENTECH·켄텍), 경상국립대학교, 일본 이화학연구소(RIKEN)와 도쿄대학교, 스웨덴 린셰핑대학교 연구진도 공동으로 참여했다.

연구 결과는 재료과학 분야 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)' 온라인에 지난달 30일 게재됐다.


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