DGIST-KIST 공동연구팀, 고안정성 페로브스카이트 태양전지 개발
(대구=연합뉴스) 최수호 기자 = 대구경북과학기술원(DGIST)과 한국과학기술연구원(KIST)은 피로회복제 성분으로 일반에 친숙한 타우린을 이용해 차세대 전지로 주목받는 페로브스카이트 태양전지 성능과 수명을 대폭 높이는 데 성공했다고 12일 밝혔다.
DGIST 에너지공학과 최종민 교수팀과 KIST 전북분원 문병준 박사팀이 함께 연구한 결과로, 공동 연구팀은 이번 기술을 적용해 향후 페로브스카이트 태양전지 구동 안정성을 높이고 상용화도 앞당길 수 있을 것으로 내다봤다.
DGIST에 따르면 페로브스카이트 태양전지는 기존 실리콘 태양전지를 대체할 고효율 차세대 태양전지로 주목받는다.
하지만 해당 전지가 빛이나 열에 노출되면 구조가 쉽게 분해(열화)돼 작동 수명이 짧아지는 '불안정성'은 상용화를 가로막는 걸림돌 가운데 하나로 지적됐다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 연구팀은 다기능성 작용기를 가진 타우린으로 만든 얇은 항산화 층을 금속산화물(n형 반도체 주석산화물)과 페로브스카이트층이 맞닿는 경계면에 입히는 기술을 개발했다.
태양전지가 작동할 때 금속산화물 층에서 생기는 초과산화물을 항산화 물질인 타우린이 지속적으로 제거해 페로브스카이트가 분해되는 경로를 억제하도록 한 것이다.
게다가 타우린은 두 층 사이에서 화학적 다리(Chemical bridge) 역할을 수행하며 경계면에 존재하는 미세 결함들을 메우고, 전자가 훨씬 원활하게 이동할 수 있도록 도와 태양전지 구동 효율도 높였다.
실제 연구팀이 타우린을 적용한 태양전지를 500시간 이상 연속으로 빛에 노출한 결과 초기 효율의 95% 이상이 유지되는 광안정성이 나타났다.
특히 구동 안정성 테스트에서는 페로브스카이트 태양전지 효율이 초기 대비 80%로 떨어지는 데 걸리는 시간(T80)이 기존 23.6시간에서 130시간으로 5배 이상 늘어났다.
최 교수는 "이번 연구는 태양전지 구동 중 금속산화물에서 발생하는 초과산화물이 페로브스카이트를 분해한다는 사실을 명확히 밝히고, 계면을 항산화 물질로 설계해 이를 해결한 것에 큰 의미가 있다"고 밝혔다.
이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단 지원을 받아 수행했으며, 그 결과는 에너지 분야 국제 저명 학술지인 '어드밴스드 에너지 머티리얼스'(Advanced Energy Materials)에 표지논문으로 게재됐다.
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