GIST, 태양전지 수명 늘리는 물질 개발

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국내 연구진이 차세대 태양전지로 각광받는 페로브스카이트 태양전지의 수명을 늘릴 수 있는 새로운 정공 수송층 물질을 개발했다.

광주과학기술원(GIST·총장 문승현)은 홍석원 화학과·이광희 신소재공학부 교수팀이 공동으로 보론 화합물이 포함된 고분자를 개발, 정공 수송층 물질로 사용해 페로브스카이트 태양전지의 수명을 연장할 수 있는 기술을 개발했다고 27일 밝혔다.

페로브스카이트 태양전지는 20%가 넘는 높은 에너지 전환효율을 나타내지만 수분과 산소에 취약해 수명을 지속적으로 유지하지 못한다는 단점을 갖고 있다.

보론 화합물에 있는 치환체의 종류에 따른 에너지 레벨 조절과 이를 이용한 태양전지의 에너지 전환효율을 나타낸 그래프.
<보론 화합물에 있는 치환체의 종류에 따른 에너지 레벨 조절과 이를 이용한 태양전지의 에너지 전환효율을 나타낸 그래프.>

이에 따라 최근 태양전지 전극과 페로브스카이트 활성층 사이에 새로운 정공 수송층 물질을 사용, 페로브스카이트 층을 보호하고 소자의 안정성을 높이려는 시도가 이뤄지고 있다.

하지만 정공 수송층 물질은 전하이동도가 낮아 태양전지의 에너지 전환효율을 떨어뜨린다. 전하이동도를 높이기 위한 도핑첨가물을 넣어주는 방법이 주로 사용되지만 역시 소자의 수명을 단축시킨다.

연구팀은 도핑첨가물을 넣지 않고 물과 화합하지 않은 소수성을 지닌 보론 화합물이 포함된 새로운 고분자를 개발했다. 페로브스카이트 층에 얇고 결함없이 덮을 수 있는 정공 수송층 물질로, 태양전지 에너지 전환효율이 높은 것으로 나타났다.

또 기존 정공 수송층 물질로 많이 사용하는 전도성 고분자 물질(PEDOT:PSS) 보다 수명이 5배 이상 길다는 것을 실험을 통해 입증했다.

연구팀은 전자의 이동을 막고 정공만 선택적으로 이동시키는 방법으로 에너지 전환효율을 높이고 소자 수명에 영향을 줄 수 있다는 사실도 밝혀냈다.

홍석원 교수는 “페로브스카이트 태양전지의 에너지 전환효율에 직접 영향을 주는 원인을 규명하고 소자의 취약한 수명을 연장시킬 수 있게 됐다”면서 “차세대 태양 전지 성능 향상으로 상용화에 기여할 수 있도록 하겠다”고 말했다.

홍석원 GIST 교수.
<홍석원 GIST 교수.>
홍석원 GIST 교수.
<홍석원 GIST 교수.>

광주=김한식기자 hskim@etnews.com