페로브스카이트 태양전지 광활성층과 전자전달층간의 중간층 형성의 이론적 시뮬레이션/UNIST 제공

 

울산과학기술원(UNIST) 석상일 에너지화학공학과 특훈 교수 연구팀이 논문으로 공식 보고된 세계 최고 효율인 25.8%의 페로브스카이트 태양전지를 개발했다.
이에 앞서 미국 재생에너지연구소(National Renewable Energy Laboratory)에서 인증 받은 공인 기록도 25.5%로 가장 높다.
박막 태양전지 구성층 간에 집중된 결함을 최소화할 수 있는 중간층의 생성 원리를 밝혀내고, 이를 페로브스카이트 태양전지에 적용한 결과다.
연구팀은 태양 전지 내에 생성된 중간층 물질을 실험을 통해 입증했다.
중간층은 완충재 역할로서 내구성과 전자의 흐름을 방해해 효율을 떨어뜨리는 결함을 획기적으로 줄여준다.
약한 물리적 결합으로만 연결돼 이종 소재가 맞닿는 지점에서는 배열이 찌그러져 원자가 빠지는 등의 결함이 쉽게 생긴다.
연구팀은 전자전달층과 페로브스카이트 광활성층간에 생성된 중간층 물질을 확인 했다.
이 물질은 전자전달층과 광활성층을 원자 수준에서 결함 없이 연결했다.
이러한 중간층은 전자전달층의 주석(Sn) 성분을 이용했다.
주석은 2가 양이온 (Sn2+)인 동시에 4가 양이온(Sn4+)이 될 수 있다.
또 전자전달층내 산소 이온뿐만 아니라 페로브스카이트의 염소 이온과도 결합할 수 있다.
연구팀은 이 원리를 이용해 전자전달층과 페로브스카이트를 원자단위에서 결정구조학적으로 연결하는 중간층을 얻어 냈다.
한편 석 교수 연구팀은 페로브스카이트 태양전지로 마의 효율이라 불렸던 20%를 처음 넘긴 것은 물론, 세계 최고의 공인 효율을 스스로 다섯 차례나 경신했다. 지금도 세계 최고의 기록을 보유하고 있다.
한편 페로브스카이트 태양전지는 상용화된 실리콘 태양전지와 달리 얇고 가볍고, 유연하며 값도 저렴해 차세대 태양전지로 불린다.
국제 학술지 ‘네이처(Nature)’지는 이 같은 연구 결과를 20일(현지시각) 온라인에 공개했다.

 

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