▲ 양방향 조율 분자 도입을 통한 페로브스카이트 결정성 변화 및 두께-기반 광발광 분석 개략도

UNIST가 태양전지 결함 문제 해결 및 안정성을 개선해 페로브스카이트 태양전지 상용화에 한층 더 가까워 졌다.

UNIST(총장 박종래) 에너지화학공학과 김진영, 김동석 교수와 화학과 이근식 교수 공동연구팀은 페로브스카이트 광활성층과 전자수송층 사이에 양방향 조율 분자를 넣어 이온 배열을 정밀하게 조절하고, 구조의 불규칙성을 줄이는 데 성공했다고 19일 밝혔다.

페로브스카이트 태양전지는 높은 효율과 저렴한 제조 비용 덕분에 주목 받아왔지만, 여러 결함 문제로 상용화가 어려웠다. 연구팀은 결함을 해결하기 위해 트리플루오로아세테이트(TFA-)라는 특수한 이온을 페로브스카이트와 전자수송층인 주석산화물 박막 사이에 넣었다.

TFA-의 카복실레이트 그룹(-COO-)은 주석산화물에 단단히 붙어 구조를 안정시켰다. 동시에 –CF3 그룹은 페로브스카이트 층과 상호작용하는 양방향 조율 분자를 통해 결함을 효과적으로 줄였다.

연구팀은 페로브스카이트 박막의 불규칙한 구조를 제어하고, 전하가 이동하는 특성을 크게 개선했다. 이 기술로 제작된 태양전지는 25.60%의 높은 효율을 기록했으며, 장시간 빛을 받는 상황에서도 뛰어난 안정성을 유지했다.

김동석 교수는 "페로브스카이트 박막의 하부 결함을 극복하는 중요한 돌파구를 마련했다"며 "이 성과는 페로브스카이트 태양전지의 상업화 가능성을 한층 더 높여줄 것"이라고 말했다.

연구에는 이재휘 석·박 통합과정 연구원, 신윤섭 박사, Elham Oleiki 박사가 제1저자로 참여했으며, 과학기술정보통신부와 한국연구재단(NRF)의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 7월 'Energy & Environmental Science' 온라인 저널에 게재됐다.