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UNIST 연구팀, 내열성·장기안정성 문제 잡은 대면적 페로브스카이트 태양전지 개발

기사승인 2022.01.18  01:00:00

김상아

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3면  
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- 대면적(25c㎡)에서 역대 최고 효율 보여 상용화도 청신호....Nature Photonics 게재

   
 
  ▲ (우측하단부터 시계방향) 김동석(에너지연) 박사, 양창덕 교수, 이찬우 박사(에너지연), 최인우 박사(에너지연), 정민규 연구원, 정성훈 연구원, 임강훈 박사(에너지연). UNIST 제공  
 
   
 
  ▲ 소면적 소자의 효율 및 안정성 테스트. 24.43%의 광전변환 효율을 기록한 연구그림. UNIST 제공  
 

UNIST 양창덕 교수와 한국에너지기술연구원 김동석·이찬우 책임연구원 공동 연구팀은 페로브스카이트 태양전지용 유기물 신소재를 개발해 최고 효율 기록을 경신했다.

상용화를 위해서는 전지를 큰 크기로 만들어도 고효율을 유지해야 하는데, 이 소재를 써 만든 페로브스카이트 태양전지는 모듈 형태로 확장했을 때도 21.83%의 높은 효율을 기록했다. 또 장기안정성과 내열성 문제도 크게 개선돼 차세대 태양전지로 꼽히는 페로브스카이트 태양전지의 상용화 전망이 한층 밝아졌다.




연구진은 페로브스카이트 태양전지의 정공수송층(HTM)용 유기 소재를 새롭게 개발해 이 같은 성과를 올렸다. 정공수송층은 전지 효율을 결정하는 핵심요소 중 하나다. 태양광 생성 전하입자(정공)를 전극으로 전달하는 중요한 역할을 한다. 이 정공 전달 성능을 끌어올리기 위해 넣는 첨가제(도핑) 때문에 기존 소재는 수분과 열에 취약하다는 문제가 있었다.

개발한 정공수송층 소재는 고온도 잘 견디고 수분에도 강하다.



개발한 정공수송층 소재를 쓴 페로브스카이트 전지는 60℃ 이상의 고온에서 전지를 작동하는 열 안정성 실험과 2,000시간에 걸친 장기 내구성 평가에서도 기존 소재 대비 월등하게 향상된 성능을 보였다. 또 전지 크기를 25㎠ 확장해 모듈 형태로 제작했을 때도 21.83%의 고효율을 달성하였는데 이는 보고된 모듈의 광전변환효율 중 세계 최고 수준이다



양창덕 교수는 “대체 정공수송층 소재를 개발하려는 시도가 많았음에도 불구하고, 최고 수준의 정공 전달 성능을 유지하는 동시에 소재의 안정성까지 확보한 연구는 거의 없었다”며 “이번 연구는 향후 페로브스카이트 태양전지용 유기 소재 개발에 있어서 새로운 전략을 제시하는 연구”라고 전했다.

이 같은 연구 결과는 광전자공학 최고 권위 저널인 네이쳐 포토닉스 (Nature Photonics)에 17일자(현지 시각)로 공개됐다.


김상아 lawyer405@iusm.co.kr

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