울산과학기술원(UNIST)과 한국에너지기술연구원 연구진이 페로브스카이트(Perovskite) 태양전지 세계 최고 효율을 경신했다.

11일 UNIST는 김진영 교수 연구팀과 한국에너지과학기술원 김동석 박사 연구팀이 스위스 로잔공대(EPFL) 연구진과 함께 태양광을 전기로 바꾸는 효율이 25.6%에 이르는 페로브스카이트 태양전지를 개발했다고 밝혔다.

공동 연구팀에 따르면 이 수치는 논문으로 정식 보고된 페로브스카이트 태양전지 효율 중 최고다.

▲ 페로브스카이트 태양전지를 들고 있는 연구진.

페로브스카이트는 하나의 음이온과 두 개의 양이온이 결합해 규칙적인 입체 구조를 갖는 물질로, 합성이 쉽고 저렴하다.

이 때문에 페로브스카이트 태양전지는 태양광 발전 단가를 획기적으로 낮출 것으로 기대되고 있다.

그러나 이 물질을 쓴 태양전지 효율은 상용 실리콘 태양 전지에 못 미치고 내구성도 떨어진다.

▲ 연구진이 개발한 페로브스카이트 태양전지 모습.

공동 연구팀은 페로브스카이트를 이루는 음이온 일부(용액 함량 2%)를 '포메이트'라는 물질로 교체하는 방식으로 전지 효율과 내구성을 높이는 데 성공했다.

포메이트는 페로브스카이트 소재 내부의 규칙적인 입체 구조가 단단히 성장하는 것을 돕는데, 이는 포메이트가 금속 양이온과 상호작용해 결합력을 강화하기 때문이다.

입체 구조가 규칙적으로 잘 자란 소재를 쓰면 전지 효율이 높다.

실제로 포메이트를 첨가하지 않은 페로브스카이트 전지 대비 효율이 10% 이상 향상했다고 연구팀은 설명했다.

김진영 교수는 "아이오딘이나 브롬 이온만을 음이온 자리에 쓸 수 있다는 고정관념을 깼다"며 "포메이트의 크기가 기존 음이온과 비슷하다는 데서 착안했다"고 말했다.

제1 저자인 정재기 UNIST 박사는 "포메이트가 페로브스카이트 결정 내 음이온 자리에서 주위 원소들과 상호작용할 수 있다는 것을 세계 최초로 밝혀냈다는 점에서 학문적 의미도 크다"며 "이번 연구로 페로브스카이트 물질 연구의 방향성을 새롭게 제시했다"고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지 '네이처'(Nature)에 지난 5일 자로 게재됐다.

윤승훈 기자  press@jeonpa.co.kr

<저작권자 © 전파신문, 무단 전재 및 재배포 금지>