에너지연, 고효율 페로브스카이트 태양전지 구현원리 규명

페로브스카이트 태양전지 및 효율 특성

한국에너지기술연구원 울산 차세대전지연구개발센터는 울산과학기술원 및 한국광기술원과 공동으로 고효율 페로브스카이트 태양전지를 구현하는 핵심기술인 첨가제의 작동원리를 이론적으로 밝혀냈다고 7일 밝혔다.

페로브스카이트는 유기물질과 무기물질이 결합된 형태로 광흡수율이 뛰어나고 전자-정공의 수명과 이동거리가 길어 차세대 고효율 태양전지의 핵심재료로 각광 받고 있다. 현재 상용화되고 있는 실리콘 태양전지나 박막태양전지와 비교하여 제조장비와 재료비가 저렴하고 제조절차가 간단하여 차세대 태양전지로 각광 받고 있다. 현재 세계 최고효율은 24.2%를 보인다.

고효율 페로브스카이트 태양전지를 제조하기 위해서는 균일한 두께의 박막으로 결정성이 우수하고 결정크기가 큰 페로브스카이트 박막을 제조하는 것이 핵심인데, 첨가제를 사용하여 고효율을 구현하는 연구결과들이 많이 있었으나, 그 원인을 명확하게 알 수 없었다.

균일한 박막을 만들면서도 전기화학적 특성이 우수한 박막을 만드는 것은 순수한 페로브스카이트 용액으로만 구현하는 것이 어려워, 여러 가지 첨가제를 함께 섞어 제조하였을 때 물성이 우수한 박막을 제조하는 것으로 알려져 있다.

연구원은 페로브스카이트 박막을 구현함에 있어 용액공정단계에서 염화메틸암모늄을 첨가하였을 때 결정성이 3배 커지고, 결정크기가 6배 향상됐으며 발광(photoluminescence) 수명이 4배 이상 향상되는 등 전기화학적 성질이 기존 대비 3~4배 좋아진다는 결과를 얻을 수 있었다. 또 24% 이상의 효율을 구현했다고 밝혔다. 아울러 이러한 고효율 결과를 얻을 수 있는지에 대한 이론적인 분석에 성공했다고 전했다.

한국에너지기술연구원 김동석 책임연구원은 "이번에 발표된 논문은 첨가제를 활용하여 세계최고 수준의 페로브스카이트 태양전지를 구현하고 이를 이론적으로 밝혀냈다는데 의의가 크다"며 "향후 고효율 페로브스카이트 태양전지를 구현함에 있어 이론적인 뒷받침이 될 것"이라고 밝혔다.
김성현 기자 larczard@