한국기계연구원(원장 박상진)은 심형철 나노응용역학연구실 선임연구원이 대기환경에서 최장 1000시간 동안 안정적으로 16% 효율을 유지하는 페로브스카이트 양자점 태양전지를 개발했다고 17일 밝혔다.
차세대 태양전지 소재로 주목받는 양자점은 10㎚(나노미터·100만분의 1㎜) 이하의 반도체성 결정 입자로, 크기를 조절하는 것만으로 반도체 물성을 바꿀 수 있어 다층 흡수체를 만드는 데 매우 유리하다. 그간 페로브스카이트 태양전지를 만들기 위해서는 기판 위에 페로브스카이트 전구체를 뿌린 뒤 섭씨 200도 이상 열처리 과정을 거쳐야 했지만, 양자점은 액체로 만들어 기판에 뿌리거나 바르기만 하면 된다.
연구팀은 세슘납요오드화물과 포름아미디니움으로 만든 이중 박막 구조의 페로브스카이트 양자점 태양전지를 만들었다. 양자점 태양전지는 양이온을 둘러싼 리간드가 떨어져 나가고 교환하는 과정에서 결함이 생기는데, 포름아미디니움 이온이 그 결함을 스스로 복구하도록 설계해 기존 단일 박막 구조 광흡수체보다 더 오래 성능을 유지하도록 했다.
이 기술을 활용하면 태양전지 광흡수체를 열 공정 없이 용액 공정만으로 만들 수 있어 제조단가가 크게 절감할 수 있을 것으로 전망된다.
실리콘보다 가볍고 유연한 페로브스카이트 특성을 활용해 태양전지를 설치하기 어려운 험지에 전력을 보급하고 기존 실리콘 태양전지 위에 흡수체를 보강해 효율을 향상할 수도 있다.
심형철 선임연구원은 “단순한 제작공정으로 페로브스카이트 양자점 태양전지의 높은 효율과 안전성이라는 두마리 토끼를 모두 잡을 수 있을 것으로 기대한다”며 “후속 연구를 통해 태양전지 경제성을 더욱 높이겠다”고 말했다.
충청=강우성기자 kws9240@etnews.com