▲ 페로브스카이트 태양전지

국내 연구진이 기존 실리콘 태양전지를 대체할 차세대 태양전지로 주목받는 페로브스카이트 태양전지의 효율을 획기적으로 높이는 기술을 개발, 세계 최고 수준의 효율을 구현해냈다.

한국화학연구원 석상일 박사팀은 국제학술지 '네이처'를 통해 유·무기 하이브리드 페로브스카이트의 조성과 구조를 변화시켜 지금까지 개발된 것 중 가장 효율이 높고 안정성이 뛰어난 페로브스카이트 태양전지를 만들었다고 밝혔다.

페로브스카이트는 하나의 분자가 부도체·반도체·초전도체의 특성까지 보이는 특별한 구조의 물질로 발견자인 러시아 과학자 페로브스키의 이름을 따 명명됐다.

값싼 무기물과 유기물이 결합해 페로브스카이트 결정구조를 가지면서 화학적으로 쉽게 합성되는 유·무기 하이브리드 페로브스카이트는 복잡한 공정과 고가의 장비가 필요한 기존의 실리콘 태양전지를 대체할 차세대 태양전지 소재로 기대를 모으고 있다.

현재 연구되는 유·무기 하이브리드 페로브스카이트 중에서는 메틸암모늄과 포름아미디늄을 이용한 물질이 유망한 소재로 꼽히고 있으나 두 가지 모두 안정성이 떨어지고 효율이 실리콘 태양전지보다 낮은 단점이 있다.

석 박사팀은 이 연구에서 기존 포름아미디늄 기반의 페로브스카이트에 메틸암모늄 페로브스카이트를 첨가해 그 조성과 구조를 바꿈으로써 태양광을 흡수하는 파장 대역을 늘리고 결정구조의 안정성을 높였다.

연구진은 이를 통해 18.4% 효율의 태양전지를 만들었으며, 이 고효율화 기술을 바탕으로 효율을 지금까지 구현된 페로브스카이트 태양전지 중 가장 높은 20.1%까지 끌어올리는 데 성공했다.

석 박사는 "이 연구는 저가공정으로 개발된 기존 페로브스카이트 태양전지의 효율성 한계를 극복할 수 있는 공정기술을 개발한 데 의미가 있다"며 "향후 대면적 연속공정 기술과 안정성을 높이는 원천기술 개발을 통해 실용화할 수 있을 것으로 본다"고 말했다.

특별취재팀  jeonpa@a-news.co.kr

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