▲ 방사선(감마선) 이용 ‘그래핀-고분자 하이브리드 소재’(PRGO) 제조 과정.

국내 연구진이 방사선을 쪼여 만든 신소재로 페로브스카이트 태양전지의 수명을 향상시켰다.

한국원자력연구원(원장 김종경) 공업환경연구부 정찬희 선임연구원이 주도하고 전북대학교 나석인 교수팀이 참여한 이번 연구에서 ‘그래핀-고분자 하이브리드 소재’(PRGO)를 개발하고 이를 이용해 페로브스카이트 태양전지의 수명을 기존 대비 2.5배 늘렸다고 16일 밝혔다.

태양전지는 빛을 비추면 중심부에 위치한 광활성층에서 음전하(－)와 양전하(＋)가 발생하고 각각 전자수송층과 정공수송층을 거쳐 전극으로 이동해 전류가 발생된다.

하지만 기존에 정공수송층의 소재로 사용되고 있는 ‘전도성 고분자 화합물’(PEDOT:PSS)의 경우,공기 중에 존재하는 수분을 흡수해 변질되기 쉽고, 강한 산성을 띠어 인접해 있는 다른 재료를 부식시켜 페로브스카이트 태양전지의 수명을 저하시키는 원인 중 하나로 알려져 있다.

이에 연구진은 그래핀 산화물에 방사선의 일종인 감마선을 조사하고 특정한 화학반응을 유도해 전공수송층에 쓰일수 있는 새로운 소재로 PRGO를 개발했다.

신소재 PRGO는 수분에 대한 저항성이 높아 안정적이고, 중성을 띠고 있어 인접한 다른 재료의 부식에 영향을 미치지 않는다는 장점이 있다.

또한 기존에 그래핀을 대량 생산하기 위해서는 그래핀 산화물에 환원제(하이드라진)를 첨가하고 장시간 고온의 열처리가 필요해 상대적으로 많은 시간과 비용이 소요되고 있다.

이에 반해 PRGO는 제조 공정상 방사선을 이용해 상온에서도 별도의 첨가제 없이 용이하게 제조할 수 있어, 상용화할 경우 페로브스카이트 태양전지의 보다 효율적인 대량 생산에도 기여할 전망이다.

나아가 연구진은 이번 연구를 통해 새롭게 개발한 신소재를 차세대 태양 전지의 수명을 늘릴 수 있을 뿐 아니라, 스마트폰, TV에 사용되는 OLED(유기발광다이오드) 등 고성능 차세대 전자 소자의 성능 향상에도 다양하게 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

한편, 미래창조과학부 방사선기술개발사업의 일환으로 추진된 이번 연구 결과는 세계 에너지 분야의 권위있는 학술지인 ‘나노 에너지(Nano Energy)’ 온라인판 11월10일자에 게재됐다.