[일요신문=전주]전북대 한윤봉 교수팀이 차세대 태양전지로 주목받고 있는 페로브스카이트 태양전지의 실용화에 걸림돌로 작용하고 있는 공기 노출시 불안전성을 해결한 나노복합소재를 개발해 세계 학계의 주목을 받고 있다.
17일 전북대에 따르면 공대 화학공학부 한윤봉 교수팀이 개발한 기능성 나노복합소재를 차세대 태양전지로 주목받고 있는 페로브스카이트 태양전지에 적용한 연구결과가 첨단 에너지소재 분야의 세계적 학술지 ‘Advanced Energy Materials’(IF=24.884) 온라인판에 게재(2020.06.03.)됐다.
페로브스카이트 태양전지는 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 차세대 태양전지로 각광받고 있으나 장기간 공기 노출시 광학적·열적 불안정성과 이온들의 이동과 물에 의한 페로브스카이트 물질의 분해로 인해 태양전지 수명과 효율이 현저하게 단축되는 문제점을 가지고 있다.
따라서 페로브스카이트 태양전지의 실용화를 위해서는 고효율을 유지하면서 장기간 안정성을 확보할 수 있는 소재개발이 절실한 상황이다. 한 교수 팀은 바로 이러한 페로브스카이트 태양전지의 단점을 해결하는 장기간 안정성을 유지할 수 있는 소재를 개발한 것이다.
페로브스카이트 분자는 유기·무기물 양이온과 할로겐 음이온의 결합으로 이뤄지는데, 유기물 양이온이 결정구조와 안정성에 중요한 영향을 미친다.
이번에 한 교수팀은 두 종류의 유기 양이온(MA 및 FA)를 최적 혼합해 페로브스카이트 분자를 만들고 이를 구리가 도핑된 산화니켈(Cu:NiO)과 혼합, 기능성 복합소재(FAMA-페로브스카이트-Cu:NiO)를 만들었다.
기능성 복합소재를 페로브스카이트 태양전지의 활성층에 적용한 결과 광전류밀도 24.5 mA/cm2, 채움인자(fill factor) 80.5%, 광전환효율 20.7% 이상의 고성능 태양전지를 제조할 수 있었다. 또 열적 광학적 안정성과 공기에 대한 안정성이 크게 향상됐으며 대기조건에서 240일이 지나도 태양전지 효율이 97% 이상 안정적으로 유지되는 결과를 얻을 수 있었다.
이번 연구에는 한윤봉 교수와 한 교수의 지도로 전북대 화학공학부에서 박사학위를 취득한 왕유셍 박사, 타미네 마흐모디 박사 등이 참여했다.
한윤봉 교수는 “이번 연구 결과는 화학적, 열적, 광학적으로 불안정한 페로브스카이트 분자를 안정성이 우수한 기능성 나노복합소재로 만들고 이를 페로브스카이트 태양전지의 활성층에 적용함으로써 실용화에 걸림돌인 문제점의 원인을 이론적으로 규명하고 실험을 통해서 해결책을 제시했다는 점에서 의미가 크다”고 밝혔다.
신성용 호남본부 기자 ilyo66@ilyo.co.kr
