연구팀이 개발한 습기 조건의 페로브스카이트 태양전지 제작 모사도/건국대학교 제공
건국대학교 이만종 교수팀이 엄격히 조절된 환경 제약을 탈피해 습기가 있는 조건에서도 페로브스카이트 태양전지를 제작하는데 성공했다.
이번 연구는 외부 공기를 차단한 글로브박스나 습도를 제어한 드라이룸이 아닌 곳에서 공정이 가능해 높은 설비투자 비용을 절감할 수 있을 것으로 평가되고 있다.
현재 높은 습도에서는 전구체 용액이 수분과 결합하면서 고품위 페로브스카이트 결정 형성을 방해하기 때문에 습도가 낮은 드라이룸을 설치해야만 한다.
연구팀은 일반 습윤 대기 환경(상대습도>40%)에서 제작할 수 있는 새로운 반용매 세척법을 개발했다.
습도에 따른 영향을 상쇄하기 위해 서로 상보적인 낮은 증기압 특성과 낮은 끓는점 특성을 갖는 다이부틸에터와 다이에틸에터가 혼합된 반용매로 용매를 제거하는 공정을 만들었다.
기존 용매제거에 쓰이던 클로로벤젠과 다이에틸에터는 습윤 환경에서 빠르게 증발한다.
이로 인해 페로브스카이트 광활성층의 변형이나 스트레스를 초래한다.
연구팀이 제작한 페로브스카이트 태양전지는 같은 환경에서 제작된 것 가운데 가장 높은 효율인 22.06%와 1200시간 후 초기효율의 94%를 유지하는 안정성을 보였다.
페로브스카이트 박막 제작과정에서 수분과의 반응이 박막 표면에 요철을 발생시키며 생기는 전하이동도 저하가 태양전지 효율 감소의 원인임도 밝혀냈다.
페로브스카이트 태양전지은 실리콘이 아닌 페로브스카이트 물질을 광흡수층으로 사용한다.
태양광 입사각에 따른 효율 변화가 작아 굴곡이 있고 유연한 제품 제작이 가능하다.
최고효율도 25.5%로 실리콘 태양전지 26.7%과 별반 차이가 없어 차세대 태양전지로 부상하고 있다.
이번 연구는 에너지·소재 분야 국제학술지 ‘나노 에너지(Nano Energy)’에 지난 7월30일 게재됐다.
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