한국화학연구원은 화학소재연구본부 서장원 책임연구원팀이 페로브스카이트 태양전지 상용화를 위한 신개념 페로브스카이트 박막기술을 개발해 고효율과 고안정성, 대면적화를 동시에 구현했다고 28일 밝혔다.
 
무한하고 청정한 태양광 발전은 화석연료를 효과적으로 대체할 수 있을 것으로 예상돼 최근 태양광 연구개발 로드맵에서 실리콘 태양전지를 병행하고 대체할 차세대 기술로 페로브스카이트 태양전지를 주목하고 있다.
 
그러나 페로브스카이트 태양전지 상용화를 위해서 해결해야 할 난제가 있다.
 
기존 정공수송소재는 가격이 비싸고 높은 전도도 확보를 위한 첨가제가 필요한데다 안정성도 취약했다.
 
이번 연구팀은 이러한 문제해결을 위해 태양광을 흡수하는 3차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트 할로겐화물 박막 표면에 신규 할로겐화물 박막을 형성시켜 DHA(Double-layered Halide Architecture, 이중층 할로겐화물)라는 새로운 구조의 박막기술을 개발했다.
 
연구과정을 보면 기존 정공수송소재는 정공수송능력 향상을 위해 친수성 첨가제가 필수적으로 쓰였는데, 이번 연구에선 첨가제 없이 자기조립이 유도된 P3HT 고분자의 특성을 활용해 페로브스카이트가 수분에 취약한 탓에 태양전지의 안정성에 악영향을 미치는 문제를 해결했다.
 
이 연구결과에 의하면 페로브스카이트 태양전지를 상대습도 85%에서 1000 시간 이상 보관했을 때 초기효율 대비 80%의 성능을 유지했고, 실제 태양전지가 쓰이는 조건에서 1300 시간 이상 구동했을 때 초기 효율 대비 95% 이상의 성능을 유지했다.
 
특히 0.1㎠ 크기(단위소자)에서 확인한 기술을 25㎠ 크기(대면적 모듈)에 동일하게 적용한 결과, 25㎠ 대면적 모듈 기준으로 세계 수준의 고효율인 16%를 기록했다.

서장원 박사는 “전도성 상용 고분자를 활용해 페로브스카이트 태양전지의 고효율과 고안정성을 확보한 신개념 페로브스카이트 박막기술 개발에 성공함으로써 앞으로 다양한 전도성 고분자의 활용도가 높아졌다”고 말했다.
 
또한 공동교신저자로 참여한 노준홍 고려대 건축사회환경공학부 부교수는“이번 연구 결과는 단순히 기존 기술 개선의 연장선상에 있는 효율, 내구성 향상 기술 개발이 아닌 상용화에 근접한 새로운 기술을 통해 이를 구현했다”고 설명했다.
 
이 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단 글로벌 프론티어 사업, 산업통상자원부 한국에너지기술평가원 신재생에너지 핵심기술 개발사업 등의 지원을 받아 수행됐고, 과학 분야 최고 권위지인 ‘네이처(IF=41.577)’에 3월 28일(현지기준) 게재됐다.