경북대, 고효율·고안정 페로브스카이트 탠덤 태양전지 기술 개발

[대구=뉴시스] 박준 기자 = 경북대학교 신소재공학과 이상욱 교수팀은 무기 할라이드 나노배리어 형성기술을 통해 새로운 고효율·고안정 페로브스카이트 탠덤(Tandem, 다중접합) 태양전지 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.
이번 연구에서 개발한 와이드밴드갭 페로브스카이트 단일접합 태양전지는 세계 최고 수준의 효율을 기록했으며 페로브스카이트 이중접합 탠덤 태양전지의 효율은 국내 최고 수준에 달한다.
MIT가 선정한 2024 10대 혁신기술 중 하나인 초고효율 태양전지는 첨단 모빌리티, 드론, 우주 등 다양한 미래 산업의 전력원으로서 활용성이 크다.
특히 페로브스카이트 광반도체는 빛을 흡수해 전기로 변환하는 광전특성이 매우 우수하고 저온에서 간단한 용액 공정으로 손쉽게 합성할 수 있어 가격 경쟁력이 높아 실리콘을 대체할 차세대 태양전지 소재로 각광받고 있다.
그동안 페로브스카이트 단일접합 태양전지 기술은 우리나라가 주도해 왔으나 그에 비해 국내 페로브스카이트 탠덤 태양전지 연구는 미진했던 상황이다.
이상욱 교수팀은 페로브스카이트 탠덤 태양전지의 성능 저하 원인 중 하나인 와이드밴드갭 층의 빠른 상분리와 높은 계면 결함 밀도 문제를 해결하기 위해 페로브스카이트 박막 표면에 저차원 무기 할라이드 물질로 이뤄진 나노배리어를 형성하는 기술을 개발했다.
이 기술은 결함이 많은 페로브스카이트 박막의 결정립 경계를 따라 얇은 나노배리어를 선택적으로 형성하는 기술로 산소나 수분, 이온 등이 박막 안으로 침투하거나 이동하는 것을 억제한다.
이를 통해 광흡수 물질의 상분리와 전하 재결합 속도를 저하시켜 태양전지의 효율을 높였다.
이 교수팀은 이 기술을 단일접합 와이드밴드갭 소자에 적용해 각각 1.70eV, 1.78eV, 1.82eV에서 21.54%, 20.45%, 19.22%의 세계 최고 수준의 효율을 기록했고 이를 바탕으로 27% 이상의 국내 최고 수준의 고효율 이중접합 태양전지를 구현했다.
이상욱 교수는 "상대적으로 연구가 부족했던 페로브스카이트-페로브스카이트 이중접합 태양전지용 와이드밴드갭 페로브스카이트 태양전지의 효율과 안정성을 향상시켰다는 점에서 큰 의미가 있다"며 "앞으로 이 기술을 고효율 내로우밴드갭 태양전지 관련 후속 연구와 결합할 계획이며 이를 통해 국내 페로브스카이트 탠덤 태양전지 기술 발전에 기여할 수 있을 것이다"고 밝혔다.
한편 연구 결과는 지난해 11월 국제 저명 학술지인 어드밴스드 에너지 머터리얼즈 (Advanced Energy Materials; Impact Factor)에 발표됐다.
이번 연구 교신저자는 이상욱 교수, 제1저자는 같은 학과 김선우 박사과정생이며 과학기술정보통신부 한국연구재단의 미래유망융합기술파이오니어 사업, 단계도약형 탄소중립기술개발 사업, 나노소재기술개발 사업의 지원을 받아 수행됐다.
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