양전하 입자 수송 성능 높인 자가조립 분자…"효율 13% 이상 개선"
(울산=연합뉴스) 김용태 기자 = 울산과학기술원(UNIST)은 차세대 태양전지인 페로브스카이트 태양전지의 효율과 안정성을 모두 높일 수 있는 물질을 개발했다고 19일 밝혔다.
UNIST 화학과 김봉수 교수팀은 탄소중립대학원 김동석, 김진영 교수, 국립군산대 이경구 교수팀과의 공동연구를 통해 페로브스카이트 태양전지용 자가조립 정공수송층 물질을 개발했다.
페로브스카이트 태양전지는 저렴한 소재와 공정 비용으로 가격 경쟁력이 뛰어난 차세대 태양전지다.
이 전지에 들어가는 자가조립단층(SAM)은 광활성층인 페로브스카이트가 햇빛을 받아 만든 정공(양전하 입자)을 전극으로 전달하는 물질이다.
SAM 정공수송층은 기판 위에서 스스로 조립되는 분자의 특성으로 제조되기 때문에 고분자 기반 정공수송층보다 공정 비용을 더 절감할 수 있다.
연구팀은 SAM을 형성하는 4PACz 분자보다 더욱 정공 수송 성능을 높일 수 있도록 분자 구조를 설계한 Mes-4PACz를 개발했다.
이 물질을 적용한 페로브스카이트 태양전지는 기존 SAM보다 13% 이상 효율이 개선된 25.16%의 광전 변환 효율을 기록했다.
광안정성도 좋아져 500시간 동안 강력한 태양광에 노출하는 실험에서도 초기 효율의 93%를 유지했다.
반면 4PACz를 적용한 태양전지는 500시간 후 효율이 20% 이상 감소했다.
김봉수 교수는 "페로브스카이트 태양전지의 장점인 저렴한 공정 비용을 극대화하면서 안정성과 효율을 동시에 잡았다"며 "시장 진입 가능성을 크게 높인 물질"이라고 말했다.
이 연구 결과는 화학 분야 학술지 '앙게반테 케미'(Angewandte Chemie International Edition)에 공개돼 정식 출판을 앞두고 있다. 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단의 지원을 받았다.
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