[ATN뉴스=이기종 기자] 한국화학연구원은 화학소재연구본부 연구팀이 차세대 태양전지로 주목받는 페로브스카이트 태양전지의 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있는 핵심 소재 기술 개발에 성공해 네이처 표지논문에 선정됐다고 25일 밝혔다.

페로브스카이트 태양전지는 기존 실리콘 태양전지와 비교했을 때 저렴한 화학 소재를 저온에서 용액 공정을 통해 손쉽게 제조할 수 있어 최근 큰 주목을 받아왔다.

그러나 기존 실리콘 태양전지의 광전변환효율에 비해 여전히 효율이 낮아 상용화가 어려운 상황이다.

이번 연구팀이 개발한 태양전지는 0.1㎠에서 25.2%를 기록하고, 1㎠ 소자에서는 23%의 세계 최고 효율을 달성해 페로브스카이트 태양전지 상용화에 필수조건인 대면적화의 가능성을 보여줬다.

특히 서장원 박사팀은 페로브스카이트 태양전지를 구성하고 있는 층의 소재 중에서 전압을 높일 수 있는 새로운 전자수송층 소재, 전류를 높일 수 있는 새로운 페로브스카이트 층 소재를 개발해 효율을 획기적으로 향상시켰다.

이로 인해 새로운 전자수송층 소재는 결함이 적어 전자의 수송(이동)을 원활하게 할 수 있다.

그동안 연구팀은 새로운 전자수송층 소재를 만들기 위해 화학용액증착법을 개발했다.

화학용액증착법은 태양전지의 구성 층인 투명 전극 위에 주석산화물 등을 바로 합성시켜 전자수송층을 형성하는 기술이다.

또 빛을 더 많이 흡수할 수 있는 새로운 페로브스카이트 층 소재 합성법을 개발했다.

페로브스카이트 층 소재는 원래 ‘페로브스카이트’결정구조로 이루어져 있는데 이 결정에는 빛을 잘 흡수하는 검은색 결정과 빛을 잘 흡수하지 못하는 노란색 결정이 섞여있다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 빛을 잘 흡수하는 검은색 결정을 더욱 안정적으로 확보하기 위해 페로브스카이트 층에 투입할 수 있는 적절한 브롬(Br)의 비율을 찾아내 새로운 소재를 합성했고 그 결과로 전지가 더욱 빛을 많이 흡수할 수 있어 전류가 높아졌고 효율이 향상됐다.

이러한 연구과정을 거쳐 전류와 전압을 모두 높인 결과 0.1㎠에서는 25.2%를, 1㎠ 소자에서는 23%의 효율을 기록했다.

이 연구성과는 네이처(Nature) 표지논문에 2월 25일 게재됐다.