한국과학기술원(KAIST)은 4일 김형준 화학과·장민석 전기및전자공학부 교수 공동 연구팀이 납 없이도 고효율 태양에너지 전환율을 갖는 페로브스카이트 소재를 이론적으로 제시했다고 밝혔다.

페로브스카이트는 광물인 칼슘티타네이트 같은 구조를 갖는 화합물을 통틀어 일컫는 용어다.

발견자인 러시아 과학자 페로브스키를 기념해 이름을 붙였다.

페로브스카이트는 차세대 고효율 태양전지로 손꼽힌다.

▲ 왼쪽 위부터 시계방향으로 람제드 드비치 박사 후 연구원, 이송주 석사과정, 장민석 교수, 김형준 교수

고성능 결정질 실리콘 태양전지에 버금가는 전환효율(22％대)을 보이면서도 제작비용을 혁신적으로 낮출 수 있다.

기존 유무기 하이브리드 페로브스카이트 물질은 안정성이 낮아 오래 구동하면 재료 성능이 떨어진다.

결정적으로 물질 구성에 납을 포함해 독성을 품는다는 한계가 있다.

KAIST 연구팀은 무기물질로만 구성된 페로브스카이트 소재 특성을 이론적으로 파악해 친환경 고안정성 페로브스카이트 신소재(화학식 Cs2Au2I6)를 제안했다.

▲ 새로운 페로브스카이트 소재 태양전지 이용 시 두께에 따른 태양전지 이론효율

물질의 전자구조와 광학적 특성을 예측하는 제일원리 계산과 소자 광 흡수율·에너지 변환 효율을 예측하는 광학 시뮬레이션을 결합해 멀티스케일 해석 기법을 정립했다고 연구팀은 설명했다.

이론적으로 내놓은 이 페로브스카이트 신소재는 납을 포함하지 않는다.

아울러 기존 유무기 하이브리드 페로브스카이트 물질보다 더 넓은 스펙트럼의 태양광을 효과적으로 흡수할 수 있을 것으로 기대된다고 연구팀은 덧붙였다.

KAIST 관계자는 "다양한 친환경 페로브스카이트 소재를 탐색하려는 시도가 더 활발해지는 계기가 될 것"이라고 말했다.

연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단 글로벌프론티어 사업·미래소재디스커버리사업 지원으로 수행했다.

람제드 드비치 박사 후 연구원과 이송주 석사과정이 공동 1 저자로 참여한 논문은 어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials) 지난달 22일 자 표지에 선정됐다.

과학팀  press@jeonpa.co.kr

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