페로브스카이트 태양전지는 용액공정이 가능하여 쉬운 소자 제작공정과 에너지 전환효율이 20%가 넘는 높은 소자 성능으로 인해 차세대 태양전지로 주목받고 있지만, 유·무기복합 페로브스카이트 박막 내부의 결함들은 제작 환경에 민감하게 변하기 때문에 페로브스카이트 태양전지 성능의 낮은 재현성을 초래해 상업화에 큰 걸림돌이 되어왔다.
연구팀은 페로브스카이트 태양전지의 재현성 문제의 원인에 대해 기존 연구와 달리 유·무기 복합 페로브스카이트 층이 형성될 때 발생되는 구조적 결함의 밀도 및 분포가 광전하 수집율 저하시키는 요인이며, 특히 태양전지 내에서 광전하에 작용하는 전기력이 약할 경우 구조적 결함의 상대적인 영향력이 커져서 소자의 성능 및 재현성이 저하될 수 있다는 것을 최초로 밝혔다.
또한 연구팀은 페로브스카이트 태양전지 소자 성능의 낮은 재현성 문제를 해결하기 위해 소자 내부에 전기장을 강화시킬 수 있는 전기쌍극자 기반의 공액고분자 전해질을 페로브스카이트 층과 두 전극 사이에 각각 도입하여 페로브스카이트 층에 인가되는 전기장의 세기를 강화시켰으며, 그 결과 소자의 에너지 전환효율을 약 20% 올리고 소자 간의 성능 편차를 1/2 수준으로 낮춤으로써 페로브스카이트 태양전지의 재현성을 획기적으로 향상시키는 가능성을 제시하였다.
이광희 교수는 “이 연구성과는 페로브스카이트 태양전지의 효율 및 재현성 저하 원인을 밝히고, 이를 계면 공학적 방법으로 해결하여 소자의 재현성을 약 2배 향상시켰으며, 페로브스카이트 태양전지 상용화에 있어 중요한 전환점이 될 것으로 기대한다”고 연구의 의의를 밝혔다.
이번 연구는 한국연구재단과 미래창조과학부의 기후변화대응기술개발 사업, 글로벌연구실 사업, 산업통상자원부와 한국에너지기술평가원의 신재생에너지핵심기술 사업 및 GIST의 GRI 사업의 지원을 받아 수행되었으며, 환경과학 분야 최고 권위의 학술지인 에너지 엔 인바이런멘탈 사이언스(Energy & Environmental Science, IF: 29.518)지에 지난 5월 7일자로 게재되었다.
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