차세대 태양전지 수명단축 문제 풀다

국내 연구팀이 차세대 태양전지로 주목받고 있는 페로브스카이트 태양전지 소자의 수명문제 원인을 규명해 수명이 긴 태양전지를 개발하는데 성공했다.
유·무기 복합 페로브스카이트 태양전지는 쉬운 소자 제작공정과 에너지 전환효율이 20%가 넘는 높은 소자 성능으로 차세대 태양전지로 주목받고 있다. 이같은 장점에도 불구하고 수명이 짧아 상용화에 걸림돌이 돼왔다.
태양전지에 광활성층으로 사용되는 페로브스카이트 소재는 유기물과 금속기반의 양이온, 할라이드 음이온이 결합돼 이온성 페로브스카이트 결정구를 형성한다.
결정이 만들어지는 과정에서 결정구조에 참여하지 못한 이온들이 결정구조 사이에 남게 된다. 이 중 할라이드 음이온의 경우 페로브스카이트 이외의 층으로 자유롭게 돌아다니면서 확산된다. 이때 전극면 부식 등이 발생하면서 소자의 성능이 떨어지는 문제가 발생한다.

광주과학기술원 이광희 교수 연구팀은 유·무기 복합 페로브스카이트층이 형성될 때 발생하는 할라이드 음이온에 의해 소자의 효율이 떨어지면서 수명이 단축될 수 있다는 것을 규명했다.
연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 할라이드 음이온을 화학적으로 중화시킬 수 있는 기능층을 소자에 도입했다. 할라이드 음이온과 반대되는 극성인 ‘양이온을 이용해 할라이드 음이온의 전하상태를 화학적으로 중성화시키는 방법이다. 연구성과는 환경과학 분야 최고 권위의 학술지인 ‘에너지 앤 인바이런멘탈 사이언스 4월 14일자에 게재됐다.
이광희 교수는 페로브스카이트 태양전지의 효율 감소 원인을 밝히고 이를 화학적 중화법으로 해결해 수명을 1년 이상으로 연장할 수 있었다”며 페로브스카이트 태양전지의 사용화에 있어 중요한 전환점이 될 것으로 기대한다”고 연구의의를 밝혔다.
[이영욱 기자]