울산과학기술원 연구진이 차세대 태양전지 후보 물질인 페로브스카이트가 '물에 취약한 단점'을 해결하는 기술을 개발했다.

18일 김광수 자연과학부 화학과 특훈교수팀은 페로브스카이트 표면에 일종의 방수막을 만드는 합성법을 개발했다고 밝혔다.

페로브스카이트는 육방 면체 구조를 지닌 반도체 물질로, 값싸고 신속하게 합성할 수 있는 장점이 있다.

빛을 전기로 바꾸거나 전기를 빛으로 바꾸는 특성을 지니며, 차세대 태양전지 재료로도 주목받고 있다.

▲ 내수성 페로브스카이트의 모습. 물속에 담가도 자외선을 쪼이면 발광하는 특성을 유지한다.

그러나 물질 표면 구조상 물과 잘 반응하기 때문에 습기만 있어도 쉽게 특성을 잃어버리는 단점이 있었다.

김 교수팀은 페로브스카이트 표면에 '수산화납 보호막'을 형성하는 합성법을 개발해 이 문제를 해결했다.

우선 페로브스카이트로 합성할 재료(할로젠화 납)를 산성 용액(할로젠화 수소를 녹인 물)에 담근다.

이때 합성할 재료는 염기성 용액(메틸아민)이 담긴 유리병에 넣고 뚜껑을 닫는다.

그러면 메틸아민이 증발하면서 자연스럽게 산성 용액 속 재료와 반응하며 페로브스카이트 물질이 생성된다. 표면에 수산화납으로 이뤄진 얇은 막이 형성된다.

▲ 물속에서도 안정적인 페로브스카이트 물질을 만든 김광수 특훈교수(왼쪽)와 아타누 자나 박사.

수산화납은 안정적인 구조여서 수분을 만나도 반응하지 않고, 물질 내부로 물이 침투하지 않도록 막는다.

실제로 이렇게 만든 페로브스카이트를 물속에 담가두고 특성을 관찰한 결과, 자외선을 받아 발광하는 페로브스카이트 본연의 특성은 6개월이 지나도 여전했다.

김 교수는 "그동안 페로브스카이트 연구에서 철저히 배제됐던 '습한 환경'에서도 연구를 계속할 수 있는 가능성을 열었다"면서 "태양전지, 발광다이오드(LED), 강유전체 소재 등에 산업적으로 적용할 날이 빨라질 것"이라고 전망했다.

이번 연구는 미국화학회(ACS)가 발행하는 에너지 분야 국제학술지인 'ACS 에너지 레터(ACS Energy Letter)' 8월 13일 자에 게재된 후 2주 만에 '8월 중 가장 많이 읽은 논문'에 선정됐다.

윤승훈 기자  press@jeonpa.co.kr

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