성균관대, 차세대 고효율 태양전지 ‘숨은 비결’ 찾았다

[이데일리 김응열 기자] 성균관대학교는 에너지과학과의 신현정 교수 연구팀이 차세대 태양전지의 핵심 소재인 페로브스카이트(α-FAPbI3)가 제작 과정 중 발생하는 ‘미세한 뒤틀림(비등방성 스트레인)’으로 인해 고효율을 낸다는 점을 최초 규명했다고 4일 밝혔다.

(왼쪽 위부터)성균관대 에너지과학과의 신현정 교수, 정현준 박사 (주저자), 캔지 왕 박사과정, 송종영 석사과정, 인용재 박사과정, 한석훈 석사과정, 에이든 깁슨 석사과정, 우라사와디 아몬킷밤룽 박사. (사진=성균관대)

페로브스카이트는 빛을 전기로 바꾸는 능력이 탁월해 전 세계 과학자들이 주목하는 물질이다. 그 중 가장 흔한 소재는 사방이 대칭을 이루는 정육면체 구조를 가지고 있다.

학계에서는 정육면체 대칭 구조가 전기를 만드는 데 유리하다고 여겨왔다. 그러나 실제 실험에서는 이론적으로 설명하기 힘든 원인 불명의 높은 효율이 관찰됐다.

연구진은 이를 규명하기 위해 태양전지의 아주 얇은 막(박막)을 만드는 과정에 주목했다. 그 결과 물질을 얇게 펴 바르는 과정에서 입자들이 특정 방향으로 당겨지거나 눌리며 미세하게 찌그러지는 현상인 ‘비등방성 스트레인’이 발생한다는 것을 발견했다.

이러한 미세한 뒤틀림이 정육면체 구조의 대칭을 깨뜨리며 오히려 전하가 더 빠르고 오래 이동할 수 있는 ‘고속도로(라쉬바 효과)’를 만들어낸다는 것이다.

신 교수는 “이번 연구는 완벽한 구조가 최선이라는 기존의 고정관념을 깨고 미세한 구조적 변형을 조절해 소자의 성능을 극대화할 수 있음을 보여준 사례”라며 “고효율 태양전지뿐만 아니라 초고속 컴퓨터 부품이나 미래형 양자 정보 소자 등 다양한 첨단 기술 분야에 혁신을 가져올 것”이라고 말했다.