고려대, 폭염·장마에도 끄떡없는 '차세대 태양전지' 개발

극한 환경서 1000시간 구동 후에도 초기 성능 87% 유지

화공생명공학과 연구팀, 재료공학 국제 학술지 'InfoMat' 성과 게재

[서울=뉴시스] 고려대 화공생명공학과 연구진이 개발한 무기 페로브스카이트 박막의 조성 및 전기적 특성 균일성 향상 그래프(위) 및 태양 전지의 성능 향상 그래프(아래) 이미지. (사진=고려대 제공) 2026.06.16. [email protected] *재판매 및 DB 금지

[서울=뉴시스]박시은 인턴 기자 = 고려대학교는 화공생명공학과 임상혁 교수 연구팀이 한여름 뙤약볕과 습한 장마철에도 끄떡없는 고효율 납-주석 페로브스카이트 태양전지를 개발했다고 16일 밝혔다.

태양전지 소재 가운데 '무기 납-주석(Pb-Sn) 페로브스카이트'는 태양광을 낭비 없이 가장 효율적으로 흡수해 전기로 바꾸는 최상의 조건을 제공한다. 또한 기존 유기·무기 하이브리드 소재보다 열적 안정성도 뛰어나 차세대 핵심 소재로 주목받고 있다.

하지만 태양전지 구조의 박막 형성 시 납과 주석 성분의 결정화 속도 차이로 인해 표면에 주석이 과도하게 농축되면서 불균일한 조성을 띄는 고질적인 문제가 있었다. 이는 산화를 촉진해 결함을 유발하며, 특히 실제 상용화 가능한 크기로 만들 때 성능과 구동 안정성을 크게 떨어뜨리는 원인이었다.

연구팀은 기존 공정 대비 용매 증발 및 결정화에 이르는 시차를 대폭 단축하는 조성 고정 성장 전략을 도입했다. 용매의 급속 증발과 즉각적인 결정화를 동시다발적으로 유도함으로써 원자들이 분리될 시간적 여유를 없애 균일한 성분비가 유지되도록 한 것이다.

이를 통해 결정화 과정에서 주석과 납이 분리되는 현상을 억제하고, 박막 전체에 걸쳐 균일한 납-주석 조성을 형성하는 데 성공했다. 그 결과, 표면 주석 산화와 결함 밀도를 획기적으로 낮췄으며 태양광 발전에 유리한 광전자적 특성을 확보했다.

개발된 페로브스카이트 태양전지는 단위 셀(Unit-cell) 기준 최대 19.37%의 전력 변환 효율(PCE)을 기록했다. 이는 현재까지 보고된 무기 납-주석 페로브스카이트 태양전지 중 최고 수준의 성능이다. 안정성 측면에서도 85℃ 고온 및 85% 상대습도의 환경에서 1000시간 연속 구동한 후에도 초기 효율의 약 87%를 유지하며 장기 내구성을 입증했다.

임 교수는 "이번 연구는 박막 성장 경로를 정밀하게 제어하는 기술이 무기 납-주석 페로브스카이트의 성분 불균일성과 산화 문제를 해결할 수 있음을 입증한 것"이라며 "향후 크기 확장이 가능한 고효율·고안정성 차세대 태양광 소자 상용화에 중요한 기반을 마련할 것으로 기대된다"고 밝혔다.

한편 이번 연구 성과는 재료공학 분야 국제 학술지 '인포맷(InfoMat)' 온라인에 지난달 26일 게재됐다.


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